扭曲二碲化钼中发现分数电荷的“指纹”

电子电荷e的分数化是强电子-电子相互作用产生的最显著现象之一。一个著名的例子是在分数量子霍尔效应（FQHE）态中出现带有分数电荷的任意子。最近，零场分数陈绝缘体（FCIs）已被实现，它是不需要朗道能级（电子在磁场中形成的量子化能级）就能形成的FQHE态的晶格类似物。FCIs为研究任意子提供了独特平台，但对其检测仍是一大挑战。

本文报道了在扭曲的MoTe2双层中观察到“任意子-激子三聚体”（anyon-trions），这是一种由激子三聚体（trion，即由两个电子和一个空穴或两个空穴和一个电子组成的带电激子）与分数电荷结合形成的新型激子复合物。对量子限制激子的光致发光光谱研究发现，在轻微掺杂的FCI态中出现了新的峰值。这些新的光谱特征相对于未掺杂FCI中的激子三聚体发生红移，但具有相同的电场、温度和磁场依赖性。这些观察结果表明，它们源于激子三聚体与基本准粒子的结合，即任意子-激子三聚体。

关键的是，在-2/3和-3/5 FCI态中任意子-激子三聚体的结合能之比，与预期的e/3和e/5分数电荷之比相匹配。这为FCI中存在分数电荷（任意子的基本属性）提供了有力证据。我们的结果解决了FCI物理学中的一个基本问题，并确立了激子三聚体光谱学作为探测分数电荷激发的有力工具，可与基于输运和隧穿的方法互补。