看清量子霍尔边缘态如何因相互作用而改变

许多拓扑相具有无能隙边界模式，这些模式会因电子相互作用而发生显著改变。即使对于研究已久的量子霍尔相边缘模式（形成于二维电子系统的边界），这种由相互作用引起的变化本质仍然难以捉摸。尽管局部探针技术取得了进展，但关键的实验挑战依然存在：缺乏关于微观尺度上边态内部结构的直接信息，以及边缘无序带来的复杂性。在本研究中，我们使用扫描隧道显微镜对石墨烯中通过静电方式定义的纯净量子霍尔边缘态进行高空间分辨率成像，并展示了电子关联如何在磁长度尺度和原子长度尺度上决定边缘通道的结构。对于第零朗道能级中的整数量子霍尔态，我们发现相互作用会重整化边缘速度，决定共传播模式的空间分布，并诱导出与体相不同的意外边缘谷极化。虽然部分发现可以用平均场理论解释，但其他结果显示该理论失效，凸显了边缘涨落和通道间耦合的作用。我们还将测量扩展到分数量子霍尔相的边缘态空间分辨，并检测到手性卢廷格液体中相互作用的光谱特征。本研究确立了扫描隧道显微镜作为探索快速扩展的二维拓扑相（包括最近发现的分数量子陈绝缘体）边缘物理的有力工具。