Hofstadter Problem on the Honeycomb and Triangular Lattices: Bethe Ansatz Solution
我们考虑了蜂窝晶格上的布洛赫电子在均匀磁场下的$2 πp/q$通量。结果表明,该问题可分解为两个三角网格。将磁平移视为Heisenberg-Weyl群,利用它在θ函数空间上的不可约表示,得到了一套确定本征态和能谱的Bethe方程. Bethe方程具有简单的形式,可以在$p, q \to \infty$的极限下,用热力学Bethe Answer方法进一步考虑,并分析无理通量的Hofstadter问题。
2006-03-10 cond-mat.mes-hall
Exact quantum geometry from sublattice symmetry: Closed-form solution of the quarter-flux Harper-Hofstadter model
Technische Universität Berlin(柏林工业大学)
本文针对实验实现的四分之一磁通Harper-Hofstadter四带模型,利用子晶格对称性解析推导其谱、本征态及量子几何张量,证实其最低能带为近理想陈带,为相关拓扑研究提供关键理论结果。
2026-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Emergent Gauge Flux and Spin Ordering in Magnetized Triangular Spin Liquids: Applications to Hofstadter-Hubbard Model
International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University(北京大学物理学院量子材料中心);Beijing Key Laboratory of Quantum Devices, Peking University(北京大学北京量子器件重点实验室);Collaborative Innovation Center of Quantum Matter(量子物质协同创新中心)
研究三角自旋液体中磁响应与规范磁通生成,通过J1-J2-Jχ模型揭示磁场效应竞争,应用于霍夫特纳- Hubbard模型和三角晶格反铁磁体。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fractional Quantum Hall Effect in Hofstadter Butterflies of Dirac Fermions
研究了周期势对单层石墨烯中分数量子霍尔效应态的影响。我们已经表明,对于两个值的磁通量每单元格(二分之一和三分之一通量量子)的周期性电位强度的增加的结果在关闭的间隙和外观的间隙由于周期性电位。在二分之一通量量子的情况下,这引起基态的变化,并因此引起系统在基态中的动量的变化。虽然对于三分之一通量量子,低能级之间也存在交叉,但基态不随周期势强度的增加而改变,并且总是具有相同的动量。最后,它表明,对于一个半通量量子的出射间隙完全是由于电子-电子相互作用,而对于三分之一通量量子每单位电池这些是由于非相互作用的电子(霍夫施塔特蝴蝶图案)和电子-电子相互作用。
2014-08-14 cond-mat.mes-hall
Generalized Hofstadter model on a cubic optical lattice: From nodal bands to the three-dimensional quantum Hall effect
我们提出了一个可调的广义三维Hofstadter哈密顿量可以通过工程的超冷原子在立方光晶格的拉曼辅助跳跃。哈密顿量描述了一个周期性的晶格系统下的人工磁通量在三维空间。对于某些跳跃的配置,散装带可以有外尔点和节环,分别,允许在这个系统中的两个节点的半金属状态的研究。此外,我们还证明了当费米能级位于带隙中时,在适当的有理数通量和跳跃参数下,系统可以表现出三维量子霍尔效应,其拓扑特征为一个或两个非零的Chern数.我们提出的光学晶格系统提供了一个很有前途的平台,探索各种奇异的三维拓扑相位。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
The Colored Hofstadter Butterfly for the Honeycomb Lattice
我们依赖于最近的方法确定边缘谱,我们用它来计算Hofstadter模型的蜂窝晶格上的合理的每个单元格的磁通量的陈数。基于体-边对应关系,给出了陈数$σ_H$,它是$2 \times 2$转移矩阵的特征向量的缠绕数,是准动量$k \in (0,2 π)$的函数。该方法在计算上是有效的(在期望图像的分辨率中为$O(n^4)$级)。对于蜂窝晶格,在$r$ -th能隙中磁通量$p/q$的$σ_H $解符合丢番图方程$r=σ_H\cdot p+ s\cdot q$,它决定了$σ_H \mod q$ .诸如$σ_H \in(-q/2,q/2)$或可能移位的窗口为$σ_H$提供了自然的进一步条件,然而,这证明是不满足的。基于大量的数值计算,我们推测该解满足松弛条件$σ_H\in(-q,q)$ .
2014-03-05 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Quantum geometry and stability of the fractional quantum Hall effect in the Hofstadter model
本文研究了晶格陈氏绝缘体中能带结构的几何形状对分数量子霍尔效应稳定性的影响。我们考虑的Hofstadter模型,它收敛到连续朗道水平的限制小通量每个plaquette。这给了我们一定程度的分析控制不可能在一般的晶格模型,我们能够获得相关的几何标准的解析表达式。这些可以通过它们是指数收敛还是多项式收敛到连续极限来区分。我们表明,后者的标准有一个主导的影响,在这个低通量密度制度的霍夫施塔特带中的相互作用粒子的物理。特别是,我们表明,多体间隙单调依赖于一个带几何准则有关的轨迹的Fubini研究度量。
2015-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Floquet engineering the Hofstadter butterfly in the square lattice and its effective Hamiltonian
本文利用Floquet理论研究了均匀垂直磁场作用下,单色圆偏振光和线偏振光对正方晶格中Hofstadter蝴蝶的影响。在没有激光的情况下,蝴蝶具有分形的、自相似的结构,即粒子-空穴对称性和关于磁通量$ϕ= 1/2$的反射对称性。这些对称性分别由子晶格和时间反演对称性保持。当系统暴露于圆偏振光时,通过打破粒子-空穴对称性和镜像对称性,平衡的原始霍夫萨德特蝴蝶变形,而关于能量$E=0$和磁通量$ϕ=1/2$的反转对称性被保留。我们的研究表明,圆偏振光同时破坏了亚晶格对称性和时间反演对称性。由于磁通量$ϕ$和$1-ϕ$处的哈密顿量通过子晶格变换连接,因此保持了反演对称性。在小通量区,我们研究了朗道能级以及圆偏振光对朗道能级的影响。相反,线偏振光通过破坏旋转对称性而保持子晶格和时间反转对称性,从而使原始霍夫斯塔德蝴蝶变形。进一步,我们研究了周期驱动对非共振区中Floquet拷贝最低带的Chern数的影响。我们发现强圆偏振光会改变陈氏数。对于线偏振光,陈氏数将不会改变,并且值保持与激光偏振方向无关。我们的工作突出了一般的功能预期的周期性驱动的Hofstadter问题的正方形格子,并提供了策略,工程的Hofstadter蝴蝶与激光。
2020-07-02 cond-mat.mes-hall
How Landau caterpillars turn into Hofstadter butterflies by tuning the periodic potential strength
University of Geneva(日内瓦大学);Leiden University(莱顿大学)
本文通过调节周期势强度,将朗道能级与霍夫施塔特蝴蝶能谱联系,识别出拓扑相变,所得蝴蝶能谱与磁通φ>1的霍夫施塔特蝴蝶拓扑不同,其Wannier化方法可用于大磁场下的多体计算。
2026-09-02 cond-mat.mes-hall
Fractional disclination charge and discrete shift in the Hofstadter butterfly
在晶体对称性的存在下,物质的拓扑相获得了大量的不变量,导致非平凡的量子化响应。在这里,我们研究了一个特殊的不变量,离散移位$\mathscr{S}$,为正方形晶格霍夫斯塔德模型的自由费米子。在存在$M$折叠旋转对称性和电荷守恒的情况下,$\mathscr{S}$与$\mathbb{Z}_M$分类相关。$\mathscr{S}$对(i)束缚在晶格向错上的部分电荷,以及(ii)具有额外的、对称插入的磁通量的基态的角动量给出了量化的贡献。$\mathscr{S}$形成了自己的“霍夫斯塔德蝴蝶”,我们对其进行了数值计算,改进了霍夫斯塔德模型的常用相图。我们提出了一个经验公式$\mathscr{S}$的密度和通量每格元的霍夫斯塔德带,我们推导出一些一般的约束。我们发现,频带具有相同的陈数可能有不同的值的$\mathscr{S}$,虽然奇数和偶数陈数频带总是有半整数和整数值的$\mathscr{S}$分别。
2022-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Narrow bands in magnetic field and strong-coupling Hofstadter spectra
我们开发了一种新的,有效的,和一般的方法来确定孤立的窄带的Hofstadter光谱。该方法适用于拓扑以及平凡的窄带投影零$\mathbf{B}$场混合Wannier状态-这是本地化在一个方向和布洛赫扩展在另一个方向-到磁平移群的朗道规范的表示。然后,我们应用这种方法来寻找,第一次,霍夫施塔特光谱的确切单粒子带电激发的强耦合极限的魔角扭曲双层石墨烯在电荷中性点和$|ν|=2$下降到低磁场时,通过莫尔晶胞的通量只有$\sim 1/25$的电子通量量子,即$\sim 1$ T在第一魔角。由此产生的光谱提供了一种手段,调查朗道量子化的准粒子,即使他们的色散是相互作用引起的。
2022-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Hofstadter-like spectrum and Magnetization of Artificial Graphene constructed with cylindrical and elliptical quantum dots
本研究对比了圆形与椭圆形量子点构成的类人工石墨烯超晶格的电子与磁学性质,采用库仑规范下的完备正交基波函数计算,发现量子点椭圆度会引发微带拓扑变化、能隙打开及霍夫施塔特能谱改变,且轨道磁化随磁通量振荡,几何偏离对磁化的通量、温度依赖关系有定性影响。
2023-07-05 cond-mat.mes-hall
A semi-Dirac point in the Hofstadter spectrum
在每个晶胞具有半个磁通量量子的正方形晶格上,紧束缚电子的谱在带中心呈现两个狄拉克点。我们表明,在存在一个额外的单轴交错的潜力,这对狄拉克点可能合并成一个单一的,与拓扑过渡到一个有间隙的阶段。在跃迁处,光谱在一个方向上是线性的,在另一个方向上是二次的(最近被称为“混合”或“半狄拉克”)。这种转变的框架中研究的一般哈密顿描述合并的狄拉克点。在光晶格中为冷原子建立规范场的可能性,为观察狄拉克点的合并和混合色散关系提供了第一个机会。
2010-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Junctions of three quantum wires and the dissipative Hofstadter model
我们研究了三条量子线包围一个磁通量的结。这是友永-卢廷格液体之间的量子连接的最简单问题,其中费米统计以非平凡的方式进入。我们提出了一个直接的联系,这个问题和耗散霍夫斯塔德问题,或量子布朗运动在二维周期性的潜力和外部磁场,这反过来又连接到开放的弦论在背景电磁场。我们发现非平凡的不动点对应的手征电导张量导致的不对称流动的电流。
2003-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
The Landau Level of Fragile Topology
我们研究了扭曲双层石墨烯(TBG)的Hofstadter蝴蝶和Landau能级。我们发现,非平凡的脆弱的拓扑结构的最低的两个带附近的电荷中性点,使他们的霍夫斯塔德蝴蝶一般与更高的频带连接,关闭之间的差距,在一定的磁通量每单位电池的第一和第二导(价)带。我们还开发了一个动量空间的方法来计算TBG霍夫斯塔德蝴蝶,从中我们确定了三个阶段,最低的两个波段和较高的波段的霍夫斯塔德蝴蝶连接在不同的方式。我们表明,这导致$ν=4$朗道风扇之间的交叉从电荷中性点和零场带隙在一个通量每个莫尔单位电池,这对应于磁场$25θ^2$ T(扭转角$θ$度)。这提供了脆弱拓扑的实验可测试的特征。在一般情况下,我们希望它是一个通用的功能,霍夫施塔特蝴蝶的拓扑带与霍夫施塔特光谱的其他带。我们进一步表明,TBG带理论与塞曼分裂是最可观的分裂可能会导致朗道风扇在电荷中性点和半填充附近的魔角,我们预测他们的变化下的面内磁场。
2020-04-29 cond-mat.mes-hall
Spectral diagrams of Hofstadter type for the Bloch electron in three dimensions
本文分析了均匀磁场中布洛赫电子精确三维哈密顿量的通量-能量图和角-能量图。的依赖关系的结构图上的方向的字段,几何的布拉维晶格和原子的数量在一个基本的细胞被认为是。数值证据表明,角能量图可能有一个分形结构,即使在立方晶格的情况下。结果表明,忽略朗道带的耦合会显著改变图的形状。
2003-06-16 cond-mat.mes-hall
Thermal Hofstadter Butterflies
Ohio University(俄亥俄大学)
研究通过热力学测量揭示了霍夫斯塔德蝴蝶的分形特性,发现电子熵和比热的自相似性及磁热振荡,为识别分形谱提供新方法。
2026-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Topological Hofstadter Insulators in a Two-Dimensional Quasicrystal
研究了二维准晶在均匀磁场中的性质。在这种配置中,态密度(DOS)显示一个霍夫施塔特蝴蝶状结构时,它表示为每瓦的磁通量的函数。我们表明,低DOS区域的能谱与手征边缘状态,在直接类比与陈省身绝缘体实现周期性晶格。我们通过计算准晶体体积的拓扑陈数,建立了边态的拓扑性质。这种非周期晶格的拓扑表征是通过局部(实空间)拓扑标记实现的。这一工作为探索包括光晶格中的光子晶体和冷原子在内的广泛的非周期晶格系统中的拓扑绝缘材料开辟了一条路线。
2015-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Characterizing the Hofstadter butterfly's outline with Chern numbers
在这项工作中,我们报告的原始属性受到磁场的独立粒子强调存在的规则结构的能谱的轮廓。我们表明,这种分形曲线,著名的霍夫施塔特蝴蝶的轮廓,是与一个特定的序列的陈数,对应于量化的横向电导率。事实上,表征基本能带的拓扑不变量描绘了随着磁通量变化的连续阶梯。此外,每一个阶梯被标记的另一个陈数,测量下的位移的周期性电位的电荷传输。我们提出了这些性质的普适字符通过比较得到的结果为方形和蜂窝状的几何形状。
2009-01-28 cond-mat.mes-hall
Linking topological features of the Hofstadter model to optical diffraction figures
在二维、三维甚至四维空间中,均匀磁场中晶格上的带电粒子所经历的横向响应完全由称为陈数的拓扑不变量控制,陈数表征了基础Hofstadter哈密顿量的能带。这些显着的功能,仅仅产生于磁平移对称性,被捕获的丢番图方程,其中涉及占据状态的分数,磁通量和系统带的陈数。在这里,我们调查密切相似的拓扑性质之间的霍夫施塔特哈密顿量和光栅产生的衍射图形。特别地,我们证明了上述丢番图方程和决定光学衍射峰的远场位置的布拉格条件之间存在一一对应的关系。作为一个有趣的结果,这种映射,我们讨论了如何的鲁棒性的衍射图的光栅中的结构紊乱是一个直接模拟的鲁棒性的横向电导的量子霍尔效应。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Chern numbers and chiral anomalies in Weyl butterflies
强磁场中晶格电子的霍夫施塔特蝴蝶是凝聚态物理的基石,它探索了晶格和磁场所施加的周期性之间的竞争。在这项工作中,我们介绍和表征外尔蝴蝶,出现时,一个大的磁场施加到一个三维外尔半金属。利用实验激发的冷原子系统的晶格模型,我们解决了这个问题的数值。我们发现,外尔节点重新出现在相称的通量,并建议使用波包动力学来揭示他们的手征性和位置。此外,我们表明,手征异常-拓扑Weyl半金属的一个标志-不保持成比例的磁场在大的领域,而是继承了分形结构的线性制度作为外场的函数。每个线性区域的斜率由外尔蝴蝶的间隙中的两个陈数的差确定,并且可以在飞行时间中通过实验测量。
2016-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Emergence of massless Dirac fermions in graphene's Hofstadter butterfly at switches of the quantum Hall phase connectivity
由六方晶体衬底上的石墨烯的莫尔超晶格诱导的磁性迷你带(霍夫斯塔德蝴蝶)的分形谱已知表现出带隙的狄拉克锥。我们发现,间隙可以通过稍微错位的基板,产生一个层次的锥形奇点(狄拉克点)的能带结构在合理的值Phi =(p/q)(h/e)的磁通量每个超晶胞。每个狄拉克点都表示量子霍尔相图连通分量中拓扑量子数的转换。模型计算揭示了尺度不变的电导率σ = 2qe^2 / pi h,以及在这些连通性开关处与无质量狄拉克费米子相关的克莱因隧穿。
2014-01-17 cond-mat.mes-hall
Spectral decimation of the magnetic Laplacian on the Sierpinski gasket: Solving the Hofstadter-Sierpinski butterfly
连通加权图上的磁拉普拉斯算子(也称为线丛拉普拉斯算子)是一个自伴算子,其中实值邻接权被单位复值权$\{ω_{xy}\}_{xy\in E}$所取代,满足条件:对于每个有向边$xy$,$ω_{xy}=\overline{ω_{yx}}$.当正确解释时,这些复杂的权重会引起图中循环的磁通量。本文建立了Sierpinski垫片图($SG$)上磁Laplacian的谱,其中磁通量通过正三角形等于$α$,通过正三角形等于$β$.这是在通过涉及非有理函数的3参数映射$\mathcal{U}$示出磁拉普拉斯算子的谱自相似性时实现的,该3参数映射考虑了$α$、$β$和谱参数$λ$。在这样做的时候,我们提供了一个定量的答案Bellissard [重整化群分析和准晶(1992)]之间的关系的动态频谱和实际的磁谱的问题。我们的主要定理导致两个应用。在$α=β$的情况下,我们证明了近似的磁谱的填充朱莉娅集的$\mathcal{U}$,谢尔宾斯基垫片对应于霍夫施塔特的蝴蝶。同时,在$α,β\in \{0,\frac{1}{2}\}$情形下,我们可以计算磁拉普拉斯行列式的行列式和相应的渐近复杂度。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall math-ph math.CO
Fixed Points of the Dissipative Hofstadter Model
本文研究了耗散粒子在周期势和磁场中弱势垒极限和紧束缚区的相图。对于每个元胞半通量的情况,以及对于宽范围的耗散值,模型的物理性质由非平凡的不动点决定。精确和变分的结果的组合被用来刻画这个不动点。最后,我们还指出,存在一个中间能级尺度将弱耦合物理与紧束缚解分开。
2005-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Stability of zero energy Dirac touchings in the honeycomb Hofstadter problem
研究了电子在蜂窝晶格上跳跃的能带结构,其中每个单元六边形中有1/q(q整数)个通量量子。在最近邻跳跃模型中,最终形成n = 0朗道能级的两个带具有2 q个零能量狄拉克接触。在这项工作中,我们研究这些狄拉克点所需的条件和它们的稳定性,以各种扰动。我们证明,这些触摸和它们的位置是由一个反酉粒子孔对称性和蜂窝结构的晶格对称性的组合保证。我们还研究了狄拉克接触的稳定性,明确降低对称性的单体扰动。
2019-08-09 cond-mat.mes-hall
Perturbative Approach to Flat Chern Bands in the Hofstadter Model
我们提出了一个微扰的方法来研究的Hofstadter模型时,每个plaquette的流量接近一个合理的分数。在这种近似下,系统的某些本征态被证明是平滑地连接到连续谱的朗道能级的多分量波函数。这些微扰修正是更高的朗道水平的贡献,打破旋转不变性,并允许微扰状态,以采取对称性的晶格。在存在相互作用的情况下,这种方法允许计算广义Haldrone赝势,反过来,系统的多体性质。该方法是足够的一般,它可以适用于各种各样的晶格,相互作用和磁场强度。
2014-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Hofstadter spectrum of Chern bands in twisted transition metal dichalcogenides
本文研究外磁场下扭转双层 TMD 的拓扑能带,用净零磁通框架揭示 WSe$_2$ 的 Hofstadter 谱及 MoTe$_2$ 中类 Landau 能级与非 Abelian 态起源。
2024-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
QCD in magnetic fields: from Hofstadter's butterfly to the phase diagram
我重新审视的问题,一个带电粒子的二维晶格沉浸在一个恒定的(电)磁场,并讨论能谱-霍夫施塔特的蝴蝶-从一个新的,量子场论的角度。特别是,我指出,有一个复杂的相互作用之间的a)在低磁通量的蝴蝶结构,b)在QED的渐近自由的缺乏和c)在零温度下的磁场的夸克凝聚的增强。我继续讨论的响应QCD凝聚在非零温度下的磁场在四个时空的维度,提出了由此产生的相图,并比较它的低能量模型的预测。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall hep-lat hep-ph
Revealing Hofstadter Spectrum for Graphene in a Periodic Potential
我们计算了当电子在均匀垂直磁场中通过周期性静电势时石墨烯单层的能带。我们清楚地表明,在合理的低磁场的能带的量子分形性质。我们目前的结果作为波数和磁通量的函数的能带通过所产生的莫尔超晶格的单位细胞。研究了强散射势引起的赝自旋耦合和朗道轨道混合效应。在低磁场下,当朗道轨道远大于调制周期时,朗道能级仅略微加宽。在极高磁场下也观察到该特征。计算了态密度,发现它和能带一样具有显著的自相似性。我们估计,对于10nm的调制周期,在B <2T处出现Hofstadter蝶形的区域。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall
Spectroscopy of the Fractal Hofstadter Energy Spectrum
本文利用STM/STS在第二魔角附近扭曲双层石墨烯中首次直接观测到霍夫施塔特分形能谱,揭示了平莫尔带分数化为离散子带及其自相似性,并发现强关联与库仑相互作用导致的超越原始模型的新现象。
2025-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gauge-covariant magnetic Bloch sums for general multiorbital Hofstadter models
Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学);The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);Center for Theory of Emergent Quantum Matter, The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学涌现量子物质理论中心);Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
本文提出规范协变磁布洛赫求和统一处理多轨道Hofstadter模型,约化哈密顿量块并推导稀疏矩阵,示例验证于MoS2等模型。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall
Periodic Landau gauge and Quantum Hall effect in twisted bilayer graphene
从理论上研究了扭曲双层石墨烯中能量与磁场的关系(Hofstadter蝶形图)。如果我们采用通常的朗道规范,即使当通过超原胞的磁通量是有理数时,我们也不能采用有限周期。我们证明了\textit{periodic}朗道规范在一个方向上具有周期性,这使我们有可能得到Hofstadter蝶形图。由于超晶胞可以很大,因此即使当磁场不是极强时,通过通量量子归一化的超晶胞的磁通量也可以是具有小分母的分数。因此,量子化霍尔电导可以是非平凡丢番图方程的解。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall
Entanglement Spectra and Entanglement Thermodynamics of Hofstadter Bilayers
我们研究了垂直磁场中二维正方晶格上的Hofstadter双层,即耦合跳跃模型。在追踪出的层之一,我们发现一个明确的表达所产生的纠缠谱的能量本征值的底层单层系统。对于强耦合层,纠缠哈密顿量与单层系统的能量哈密顿量成正比。然而,比例因子不能被解释为逆热力学温度,而是代表一个唯象温标。我们推导出一个明确的关系,这是在密切类似的经典热力学的标准结果的两个温度标度。在消失温度的极限下,熵和内能等热力学量接近基态值,但随磁通量的变化呈现分形结构。
2013-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Robust nonequilibrium surface currents in the 3D Hofstadter model
自发现一维对应物以来,二维强横流(与热通量的自然方向相反)就一直没有出现。我们提供了一个设置,以实现他们的立方三维(3D)晶格托管的霍夫施塔特模型耦合到两个不同温度的热浴。我们表明,这些电流表现出耗散鲁棒性:它们是稳定的,对杂质的存在和倾斜的规范场在某些非平衡配置。此外,我们发现受保护的边界电流具有真正的3D鲁棒性,即它们只有在所有三个空间方向上都可以发生隧道效应时才是稳定的。该模型还提出了通用的表面电流,这是强大的玻色子和费米子系统。我们确定的基本定性机制负责的表面电流的鲁棒性和某些离散对称性所发挥的关键作用。
2022-10-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Localization phase diagram of the Hexagonal Lattice with irrational magnetic flux
National Laboratory of Solid State Microstructures and School of Physics, Nanjing University(南京大学固体微结构物理国家重点实验室和物理学院);School of Mathematics, Nanjing University(南京大学数学系);Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University(南京大学先进微观结构协同创新中心)
本文基于霍夫特模型研究六边形晶格中无理磁通量的局域化相图,通过Avila的全局理论和RG理论验证了三种纯态的存在,且无迁移边。
2026-08-05 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Strongly correlated Hofstadter subbands in minimally twisted bilayer graphene
本文在θ=0.41°最小扭转角双层石墨烯中,通过垂直磁场抑制动能并增强库仑交换作用,发现了具有能隙的平Hofstadter子带及其关联绝缘态,为研究强关联Hofstadter谱的相变提供了新平台。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Polaritonic Hofstadter Butterfly and Cavity-Control of the Quantized Hall Conductance
在以前的工作[物理。123,047202(2019)]引入了称为量子电动力学布洛赫(QED-Bloch)理论的几何不变框架,用于描述均匀磁场中的周期性材料,并在光学极限中与量子化光子场强耦合。对于这样的系统,我们表明,QED-Bloch理论预测的分形极化激元谱的存在作为腔耦合强度的函数。此外,对于作为相对磁通量的函数的能谱,我们发现太赫兹腔可以修改标准的霍夫斯塔德蝴蝶。在没有量子化光子场的情况下,QED-Bloch理论捕捉到了著名的Hofstadter蝴蝶分形谱,并可用于描述强磁场中的二维材料,具有重要的实验意义。作为进一步的应用,我们考虑了腔约束下的朗道能级,并表明腔改变了量子化的霍尔电导,霍尔平台被修改为$σ_{xy}=e^2ν/h(1+η^2)$的光-物质耦合$η$。大多数上述现象应该是实验上可访问的,并讨论了相应的影响。
2022-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Self-similar occurrence of massless Dirac particles in graphene under magnetic field
晶格结构的周期性和回旋运动的周期性之间的复杂相互作用产生了一个众所周知的能量本征值的自相似分形结构,称为霍夫施塔特蝴蝶,对于在磁场下在晶格中运动的电子。从$n=0$朗道能级演化而来,霍夫斯塔德蝴蝶的中心带特别有趣,因为它可能是解开石墨烯中观察到的分数量子霍尔效应之谜的关键。虽然整个霍夫施塔特蝴蝶在原则上可以通过数值求解哈珀方程获得,但弱场极限,最相关的实验,是棘手的,因为事实上,需要对角化的哈密顿矩阵的大小,发散。在本文中,我们开发了一个有效的哈密顿方法,可以用来提供一个准确的分析描述的中心霍夫斯塔德带在弱场制度。在这项工作中获得的最重要的发现之一是,无质量狄拉克粒子总是存在于中心Hofstadter带内,无论磁通量可能变得多么小。换句话说,由于晶格效应使其带宽变宽,$n=0$朗道能级在其内部包含无质量的狄拉克粒子。事实上,通过仔细分析中心Hofstadter带的自相似递归模式,我们得出结论,无质量狄拉克粒子应该出现在任意磁场下。作为一个推论,中央霍夫施塔特带也包含一个递归朗道能级的自相似结构与这种无质量的狄拉克粒子。为了评估在中心霍夫施塔特带内观测无质量狄拉克粒子的实验可行性,我们计算了中心霍夫施塔特带的宽度作为弱场区磁场的函数。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall
Hierarchy of Hofstadter states and replica quantum Hall ferromagnetism in graphene superlattices
自相似性和分形吸引了各个学科的研究人员。在置于氮化硼上并受到磁场作用的石墨烯中,自相似性以原始狄拉克光谱的大量复制品的形式出现,它们的量子化产生了朗道能级的分形图案,被称为霍夫施塔特蝴蝶。在这里,我们采用电容光谱直接探测态密度(DoS)和能隙在这个频谱。如果没有磁场,复制品光谱被视为明显的DoS最小包围的范霍夫奇点。霍夫施塔特蝴蝶在高磁场中表现为重复出现的朗道扇形图。电子-电子相互作用为自相似行为增加了另一个扭曲。我们观察到量子霍尔铁磁性的抑制,在可重复的磁通量和额外的铁磁性内副本光谱的反向斯通纳过渡。分形狄拉克系统中相互作用的强度和多样性为研究多体物理提供了广阔的空间。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Landau levels in Weyl semimetal under uniaxial strain
本文利用连续模型和晶格模型研究了单轴应变对Weyl半金属中Weyl节点的影响,发现单轴应变会导致磁场重整化,使Landau能级向高能移动,并在晶格模型中揭示了Hofstadter蝴蝶能谱。
2025-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hofstadter spectrum in electric and magnetic fields
本文研究了二维布洛赫电子在磁场和强电场作用下的问题。利用磁平移、电演化和能量平移算子来确定薛定谔方程的解。对于每个单胞的磁通量量子的合理值和相对于原始晶格的电场的相称取向,可以定义一个扩展的超晶格,并得到一组完整的相互交换的时空对称性算子。该系统的动力学由有限差分方程控制,该方程精确地包括以下因素的影响:任意周期性电势、在晶格的可伸缩方向上取向的电场以及朗道能级之间的耦合。一个弱的周期性的潜在扩大每个朗道水平在一系列的迷你带,分开相应的迷你间隙。电场的加入引起了一系列避免的准能交叉,对于足够强的电场,光谱演化成等间距的离散能级,在这个“磁斯塔克阶梯”中,能量分离是$ h E / a B $的整数倍,其中$a$是晶格参数。
2004-09-22 cond-mat.mes-hall
Magnetic Bloch States at Integer Flux Quanta Induced by Super-moiré Potential in Graphene Aligned with Twisted Boron Nitride
本研究提出超莫尔策略,通过将单层石墨烯与1.0°扭转的六方氮化硼对齐构建63.2nm周期的超莫尔结构,首次在实验中观测到整数磁通量子下的磁布洛赫态,拓展了霍夫施塔特蝴蝶的研究范围。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall
Extended Fractional Chern Insulators Near Half Flux in Twisted Bilayer Graphene Above the Magic Angle
本文研究了1.37°扭转双层石墨烯在半磁通量附近的强关联相,发现多个霍夫斯塔特子能带中存在大密度范围内量子化良好的奇分母分数量子霍尔绝缘体态,并观察到朗道迷你扇形的弯曲与重置现象。
2025-07-11 cond-mat.mes-hall
Atomistic theory of moiré Hofstadter's butterfly in magic-angle graphene
该研究用基于第一性原理的数百万原子紧束缚模型模拟魔角扭转双层石墨烯,在磁场和 hBN 衬底下计算 Hofstadter 谱、Chern 数及三类电子态的演化。
2024-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Efficiency and Mechanism of Heat Flux Rectification with Non-Reciprocal Surface Waves in Weyl-Semi-Metals
本文重新研究了Weyl半金属纳米颗粒与基底间的近场热整流机制,纠正了先前的整流比预测,发现通过调节间距和材料参数可实现高达15000的整流比,证明Weyl半金属是高效热流整流的强候选者。
2025-03-18 cond-mat.mes-hall
Dipolar Weyl semimetals
本文提出一类受对称性保护的偶极Weyl半金属,其单极子-反单极子Weyl点对产生量子化偶极Berry通量,构造交错Chern数以区分拓扑,并揭示了表面Fermi弧、零能hinge态及$π$通量涡旋响应等物理特征。
2024-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Energy spectrum for two-dimensional potentials in very high magnetic fields
本文发展了一种类似于量子力学中的超对称变换的方法,用于研究最低朗道能级的粒子在任意势场中的运动。该方法适用于二维的狄拉克δ散射中心形成的潜力。在周期性的情况下,该问题是完全解决的合理值的磁通量(单位通量量子)每单位细胞。光谱被发现是自相似的,类似于霍夫施塔特蝴蝶。
1997-08-08 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological insulators in a magnetic field
Su-Schriffer-Heeger(SSH)模型的二维(2D)推广用作探索高阶拓扑绝缘体(HOTI)的平台。我们研究了这个模型中的磁场,其中内插两个模型研究到目前为止,零通量和$π$通量每个plaquette。我们发现在Hofstadter蝴蝶中,在$π$通量周围出现了一个宽的间隙,它属于Benalcazar-Bernevig-Hughes(BBH)发现的同一HOTI。事实证明,在弱场制度HOTI可以存在,甚至在一个小的差距断开的更广泛的差距周围$π$通量。为了表征HOTI,我们采用纠缠极化(eP)技术,这是有用的,即使在磁场下的基本四个频带分裂成许多朗道水平。
2019-12-12 cond-mat.mes-hall
Topological Phase Transitions of Interacting Fermions in the Presence of a Commensurate Magnetic Flux
本文研究公度磁通下相互作用无自旋费米子的拓扑相变,证明从拓扑到平凡绝缘相的转变必须伴随电荷有序导致的自发磁平移对称性破缺,并通过精确对角化绘制了拓扑相图。
2024-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Addition spectrum, persistent current, and spin polarization in coupled quantum dot arrays: coherence, correlation, and disorder
利用扩展的哈伯德模型研究了二维量子点阵列和一维量子点环在外加磁通量作用下的基态持续电流和电子附加谱.集体多点问题被证明映射到强场非相互作用的有限大小的Hofstadter蝴蝶问题在自旋极化过渡。讨论了有限尺寸的Hofstadter问题,得到了通量极限值的解析解。在弱场中,我们预测了新的通量周期振荡的自旋分量沿量子化轴的周期性$νh/e$($ν\le 1$)。计算的持续电流对相互作用和无序的敏感性反映了二维系统中各种Mott-Hubbard量子相变的复杂性:在由点内库仑相互作用控制的反铁磁Mott-insulating相中持续电流被抑制,在由最近邻点间相互作用驱动的自旋密度波-电荷密度波跃迁处持续电流最大; Mott绝缘相持续电流被长程点间相互作用增强到无相互作用值,无相互作用电流在无序存在下的强抑制只出现在大的无序强度下,在半填充时,即使相对较弱的点内库仑相互作用也会增强无序无相互作用系统的持续电流;一般来说,在存在长程点间库仑相互作用的情况下,无序对持续电流的抑制不太显著。
1998-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantized Fermi-arc-mediated transport in Weyl semimetal nanowires
我们研究了外尔半金属纳米线的纵向输运,无论是在存在和不存在的磁通量线程的纳米线。我们确定了两个定性不同的制度的运输相对于在纳米线的化学势。在“表面制度”,低掺杂,大部分的电导发生通过费米弧表面状态,它上升的步骤,一个量子的电导作为化学势的函数;此外,随着流量的变化,电导的变化步骤的一个量子的电导与特征法布里-珀罗干涉振荡。在“体表面制度”,对于高掺杂的样品,占主导地位的贡献的电导是二次的化学势,主要是由体状态的条件;通量依赖性清楚地表明,表面和体状态的贡献。上述两个制度证明了费米弧表面态的贡献是显着的,因此,理解有限尺寸外尔半金属系统的输运性质的关键。最后但并非最不重要的是,我们证明了这两种制度是强大的混乱。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall
Symmetry indicators in commensurate magnetic flux
本研究将拓扑量子化学拓展至磁通系统,推导了磁对称性的射影表示,提出π通量下的新型对称性指示器,并发现受阻原子绝缘体在有限磁通下的拓扑-平庸相变,为高阶拓扑研究提供新探针。
2023-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of charge renormalization on electric and thermo-electric transport along the vortex lattice of a Weyl superconductor
在发现外尔超导体在磁场中支持手征朗道能级沿涡旋线运动的基础上,我们研究了它的非平衡输运性质。我们表明,涡旋晶格进行电流$I=\tfrac{1}{2}(Q_{\rm eff}^2/h)(Φ/Φ_0) V$之间的两个正常的金属接触在电压差$V$,与$Φ$的磁通量通过系统,$Φ_0$的超导通量量子,和$Q_{\rm eff}<e$的重整化的电荷的Weyl费米子在超导朗道水平。由于电荷重整化是能量依赖的,即使在没有能量依赖的散射过程的情况下,也会出现非零的热电系数。
2019-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconductivity provides access to the chiral magnetic effect of an unpaired Weyl cone
外尔半金属的无质量费米子有两种相反的手征,在能带结构的两个锥体中。因此,由磁场$B$在一个外尔锥中感应的电流$j$(手征磁效应,CME)在平衡中被另一个外尔锥中的相反电流抵消。在这里,我们表明,超导性提供了一种方法来避免这种取消,通过一个磁通偏置的间隙外尔锥连同其粒子-空穴共轭。剩下的无带隙外尔锥和它的粒子-空穴共轭代表一个单一的费米子物质,具有重整化电荷$e^\ast$和由通量偏置的符号设置的单一手性$\pm$。因此,CME不再在平衡状态下被抵消,而是在化学势为$μ$的情况下沿着磁场出现超导响应$\partial j/\partial B=\pm(e^\ast e/h^2)μ$。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con