Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 91 tok/s
Gemini 2.5 Pro 53 tok/s Pro
GPT-5 Medium 29 tok/s
GPT-5 High 26 tok/s Pro
GPT-4o 98 tok/s
GPT OSS 120B 470 tok/s Pro
Kimi K2 216 tok/s Pro
2000 character limit reached

Continuous transition and gapless roton inside fractional quantum anomalous Hall states (2404.06745v6)

Published 10 Apr 2024 in cond-mat.str-el and cond-mat.mes-hall

Abstract: Collective excitations play a vital role in understanding the exotic phases of matter and phase transitions in quantum many-body systems. For the first time, we numerically (via exact diagonalization and density matrix renormalization group) report the microscopic realization of a transition from a translationally invariant fractional quantum anomalous Hall (FQAH) state to the same FQAH state with spontaneously broken translation symmetry, by softening the magnetoroton mode (intrinsic collective excitations in such systems) through isotropic interactions in a topological flat-band model. At the critical point, the gap of collective neutral excitations closes at finite momentum, while the charge gap remains robust. This mechanism echoes with the integer quantum Hall crystals and fractional quantum Hall nematics in Landau levels, but exhibits unique features. Further through criticality analysis, we identify that this non-trivial transition is consistent with the Ising universality class. Such spontaneous translation symmetry breaking inside the topological ordered FQAH state could serve as a generic scheme in various systems, with experimental implications to the quantum moir\'e materials and the cold-atom systems.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (32)
  1. S. A. Kivelson, E. Fradkin, and V. J. Emery, Nature 393, 550 (1998).
  2. B. I. Halperin, Z. Tešanović, and F. Axel, Phys. Rev. Lett. 57, 922 (1986).
  3. Z. Tešanović, F. m. c. Axel, and B. I. Halperin, Phys. Rev. B 39, 8525 (1989).
  4. L. Balents, Europhysics Letters 33, 291 (1996).
  5. E. Fradkin and S. A. Kivelson, Phys. Rev. B 59, 8065 (1999).
  6. G. Murthy, Phys. Rev. Lett. 85, 1954 (2000).
  7. M. Mulligan, C. Nayak, and S. Kachru, Phys. Rev. B 82, 085102 (2010).
  8. Y. You, G. Y. Cho, and E. Fradkin, Phys. Rev. X 4, 041050 (2014).
  9. T.-L. Ho, Phys. Rev. Lett. 87, 060403 (2001).
  10. N. R. Cooper, N. K. Wilkin, and J. M. F. Gunn, Phys. Rev. Lett. 87, 120405 (2001).
  11. S. Sinha and G. V. Shlyapnikov, Phys. Rev. Lett. 94, 150401 (2005).
  12. P. Kumar and R. N. Bhatt, Phys. Rev. B 106, 115101 (2022).
  13. M. Barkeshli, N. Y. Yao, and C. R. Laumann, Phys. Rev. Lett. 115, 026802 (2015).
  14. W. Zhu, S. S. Gong, and D. N. Sheng, Phys. Rev. B 94, 035129 (2016).
  15. V. Crépel and L. Fu, Phys. Rev. B 107, L201109 (2023).
  16. X.-Y. Song, Y.-H. Zhang, and T. Senthil,   (2023), arXiv:2308.10903 [cond-mat.str-el] .
  17. S. Kourtis and M. Daghofer, Phys. Rev. Lett. 113, 216404 (2014).
  18. S. Kourtis, Phys. Rev. B 97, 085108 (2018).
  19. P. Wilhelm, T. C. Lang, and A. M. Läuchli, Phys. Rev. B 103, 125406 (2021).
  20. B. Zhou, H. Yang, and Y.-H. Zhang,   (2023), arXiv:2311.04217 [cond-mat.str-el] .
  21. T. Tan and T. Devakul,   (2024), arXiv:2403.04196 [cond-mat.mes-hall] .
  22. Z. Dong, A. S. Patri, and T. Senthil,   (2024), arXiv:2403.07873 [cond-mat.str-el] .
  23. F. D. M. Haldane and E. H. Rezayi, Phys. Rev. Lett. 54, 237 (1985).
  24. E. H. Rezayi and F. D. M. Haldane, Phys. Rev. B 32, 6924 (1985).
  25. S. M. Girvin, A. H. MacDonald, and P. M. Platzman, Phys. Rev. Lett. 54, 581 (1985).
  26. S. M. Girvin, A. H. MacDonald, and P. M. Platzman, Phys. Rev. B 33, 2481 (1986).
  27. P. Kumar and F. D. M. Haldane, Phys. Rev. B 106, 075116 (2022).
  28. S. A. Brazovskii, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 68, 175 (1975).
  29. N. Regnault and B. A. Bernevig, Phys. Rev. X 1, 021014 (2011).
  30. A. Weichselbaum, Annals of Physics 327, 2972 (2012).
  31. Q. Niu, D. J. Thouless, and Y.-S. Wu, Phys. Rev. B 31, 3372 (1985).
  32. In this supplemental material, we provide additional ED and DMRG results of the FQAH-FQAHS transition and more details of the the global phase diagram .
Citations (2)
List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Generate Text Spark Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Paper Prompts

Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.

Dice Question Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Follow-up Questions

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.