拓?fù)湫蚴且环N新奇的量子相，它具有長程量子糾纏和非阿貝爾任意子激發(fā)。拓?fù)湫虻囊粋€(gè)典型例子是分?jǐn)?shù)量子霍爾(FQH)效應(yīng) ，它是在強(qiáng)關(guān)聯(lián)和強(qiáng)磁場下的二維電子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的。然而，在零磁場下，實(shí)現(xiàn)拓?fù)湫虻臈l件更加苛刻，需要有強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)和挫折效應(yīng) 。

在半導(dǎo)體中，電子和空穴可以形成玻色子對，稱為激子。激子可以在電子-空穴（e-h）雙層中自發(fā)形成，為實(shí)現(xiàn)拓?fù)湫蛱峁┝艘粋€(gè)新的途徑。在平衡e-h密度的系統(tǒng)中，傾向于形成零動(dòng)量激子的BCS-like凝聚，導(dǎo)致拓?fù)淦椒驳募ぷ咏^緣體。然而，在不平衡e-h密度的系統(tǒng)中，由于密度差引入的強(qiáng)挫折效應(yīng)，激子可以形成一個(gè)“護(hù)城河帶” ，即能帶最小值構(gòu)成一個(gè)簡并環(huán)。這種情況下，激子-激子相互作用變得占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生了新的物理現(xiàn)象：破壞時(shí)間反演對稱性的激子拓?fù)湫颍‥TO）。

ETO是一種具有分?jǐn)?shù)化激發(fā)和非零陳數(shù)的拓?fù)湫颉ＫcFQH效應(yīng)有類似之處，但也有本質(zhì)的區(qū)別：ETO是在零磁場下出現(xiàn)的，并且是由玻色型激子而不是費(fèi)米型電子組成的。ETO的實(shí)驗(yàn)觀測一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰獫M足一系列條件：高質(zhì)量的e-h雙層結(jié)構(gòu)、足夠低的溫度、精確控制的密度差、以及敏感的邊緣輸運(yùn)測量。(www.ws46.com)

最近，在淺反轉(zhuǎn)InAs/GaSb量子阱中，一組研究人員成功地觀察到了ETO相，論文已經(jīng)發(fā)表在《自然》雜志上。他們利用了InAs/GaSb量子阱特有的能帶反轉(zhuǎn)特性 ，在不同溫度和外加電壓下測量了樣品的電阻率和霍爾電導(dǎo)率。他們發(fā)現(xiàn)，在零磁場下，當(dāng)e-h密度差達(dá)到一定值時(shí)，樣品出現(xiàn)了一個(gè)巨大的體能隙，并伴隨著類似于螺旋輸運(yùn)的邊緣通道。當(dāng)垂直磁場增加時(shí)，體能隙保持不變，但霍爾電導(dǎo)率出現(xiàn)了一個(gè)異常的平臺(tái)，表明邊緣輸運(yùn)從類似于螺旋的變成了類似于手性的，且霍爾電導(dǎo)率約等于e2/h。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言的ETO相的特征一致。

為了理解ETO相的物理機(jī)制，研究人員建立了一個(gè)有效的玻色型哈伯德模型，考慮了激子的動(dòng)能、激子-激子相互作用、以及密度差引起的挫折效應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密度差足夠大時(shí)，激子能帶形成了一個(gè)護(hù)城河帶 ，即能帶最小值構(gòu)成一個(gè)簡并環(huán)。在這種情況下，激子-激子相互作用產(chǎn)生了新的物理效應(yīng)：它們在動(dòng)量空間中引入了一個(gè)渦旋場，導(dǎo)致了激子波函數(shù)的相位旋渦。這種相位旋渦破壞了時(shí)間反演對稱性，并且使得激子系統(tǒng)具有非零的陳數(shù)。這就是ETO相的本質(zhì)。

ETO相是一種新穎的拓?fù)湫颍诹愦艌鱿鲁霈F(xiàn)，并且由玻色型激子而不是費(fèi)米型電子組成。它是由密度差引起的強(qiáng)挫折效應(yīng)和激子-激子相互作用共同作用的結(jié)果。ETO相具有分?jǐn)?shù)化激發(fā)和非零陳數(shù)，類似于FQH效應(yīng)，但也有本質(zhì)的區(qū)別。ETO相在InAs/GaSb量子阱中的實(shí)驗(yàn)觀察為拓?fù)浜完P(guān)聯(lián)玻色系統(tǒng)的研究開辟了一個(gè)新的方向，超越了對稱性保護(hù)拓?fù)湎嗟目蚣埽ǖ幌抻诓Ｉ虵QH效應(yīng)。