一项最新研究揭示了在扩展的霍夫施塔特-费米-哈伯德模型中，量子霍尔态和斯基尔米翁的形成。由Fabian J. Pauw、Ulrich Schollwöck、Nathan Goldman和Sebastian Paeckel等科学家团队进行的这项研究，探讨了拓扑与强相互作用结合所产生的新型量子物态，特别是分数切尔恩绝缘体的特性。研究表明，这种独特的量子态在电子相互作用强烈的情况下出现，展现出长程有序的特征，并且发现了稳定的自旋旋涡结构，即斯基尔米翁。
在该研究中，科学家们利用哈伯德模型对二维系统中的相互作用电子进行深入分析，特别关注在强磁场下的分数量子霍尔（FQH）物理现象。该团队通过扩展哈伯德模型，成功模拟了电子之间复杂的相互作用，验证了在特定电子密度下系统的不可压缩性，以及类似于Laughlin态的特性。
研究人员采用先进的数值技术，如密度矩阵重整化群（DMRG）和精确对角化，分析了电子自旋的相关性，揭示了系统的磁性特征。结果表明，在特定条件下，系统呈现出金属行为，且自旋极化状态的形成与粒子激发的斯基尔米翁结构密切相关。
该研究的核心在于利用大规模的DMRG模拟，科学家们确认了在特定电子密度下出现的自旋极化分数切尔恩绝缘体（FCI）相，展现出量子特性和有限能量间隙。这一相态的形成不仅表明了相邻电子之间的强相互作用，还揭示了隐藏的长程有序现象，进一步确认了斯基尔米翁自旋激发的存在。
通过对电子数量微小变化的研究，科学家发现斯基尔米翁的形成与特定的相互作用强度密切相关。这一发现为未来在超冷原子和固态电子设备中探索拓扑相态提供了新的理论框架和实验路径，可能会引领新型量子材料的发现与应用。
