拓撲序是一種新奇的量子相，它具有長程量子糾纏和非阿貝爾任意子激發(fā)。拓撲序的一個典型例子是分數(shù)量子霍爾(FQH)效應 ，它是在強關聯(lián)和強磁場下的二維電子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的。然而，在零磁場下，實現(xiàn)拓撲序的條件更加苛刻，需要有強烈的關聯(lián)和挫折效應 。

在半導體中，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，為實現(xiàn)拓撲序提供了一個新的途徑。在平衡e-h密度的系統(tǒng)中，傾向于形成零動量激子的BCS-like凝聚，導致拓撲平凡的激子絕緣體。然而，在不平衡e-h密度的系統(tǒng)中，由于密度差引入的強挫折效應，激子可以形成一個“護城河帶” ，即能帶最小值構(gòu)成一個簡并環(huán)。這種情況下，激子-激子相互作用變得占主導地位，產(chǎn)生了新的物理現(xiàn)象：破壞時間反演對稱性的激子拓撲序（ETO）。

ETO是一種具有分數(shù)化激發(fā)和非零陳數(shù)的拓撲序。它與FQH效應有類似之處，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米型電子組成的。ETO的實驗觀測一直是一個挑戰(zhàn)，因為它需要滿足一系列條件：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率。他們發(fā)現(xiàn)，在零磁場下，當e-h密度差達到一定值時，樣品出現(xiàn)了一個巨大的體能隙，并伴隨著類似于螺旋輸運的邊緣通道。當垂直磁場增加時，體能隙保持不變，但霍爾電導率出現(xiàn)了一個異常的平臺，表明邊緣輸運從類似于螺旋的變成了類似于手性的，且霍爾電導率約等于e2/h。這些實驗結(jié)果與理論預言的ETO相的特征一致。

為了理解ETO相的物理機制，研究人員建立了一個有效的玻色型哈伯德模型，考慮了激子的動能、激子-激子相互作用、以及密度差引起的挫折效應。他們發(fā)現(xiàn)，當密度差足夠大時，激子能帶形成了一個護城河帶 ，即能帶最小值構(gòu)成一個簡并環(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：它們在動量空間中引入了一個渦旋場，導致了激子波函數(shù)的相位旋渦。這種相位旋渦破壞了時間反演對稱性，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相是一種新穎的拓撲序，它在零磁場下出現(xiàn)，并且由玻色型激子而不是費米型電子組成。它是由密度差引起的強挫折效應和激子-激子相互作用共同作用的結(jié)果。ETO相具有分數(shù)化激發(fā)和非零陳數(shù)，類似于FQH效應，但也有本質(zhì)的區(qū)別。ETO相在InAs/GaSb量子阱中的實驗觀察為拓撲和關聯(lián)玻色系統(tǒng)的研究開辟了一個新的方向，超越了對稱性保護拓撲相的框架，包括但不限于玻色型FQH效應。