朗道能级是理解强关联电子体系和拓扑量子物态的核心概念。然而，如何在晶格系统中实现更高朗道能级的物理模拟，尤其是具有非阿贝尔统计特性的Moore-Read态，一直是领域内的重大挑战。

近日，我系王靖课题组成功构建了最小化的三轨道晶格模型，首次在无需外加磁场的条件下实现了对最低朗道能级（LLL）和第一朗道能级（1LL）的轨道描述，并为探索非阿贝尔分数陈绝缘体提供了全新平台。相关研究成果以“Orbital Description of Landau Levels”为题，于2025年11月19日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

图: (a)~(e) 斯格明陈带模型中原子极限到朗道能级的绝热演化过程; (f) s、p-、p+ 轨道构成的紧束缚模型。

研究团队从斯格明陈带模型出发，通过最大局域化瓦尼尔函数构建了包含s、p₋、p₊轨道特征的三带紧束缚模型。同时发现，该模型的拓扑性质源于动量空间高对称点处理想的能带反转序列：当参数λ从0变化至1时，s、p₋、p₊轨道在Γ、K、M点发生连续能带反转，最终使得最低两个陈能带各自携带陈数𝒞=1，并呈现出与朗道能级高度相似的量子几何性质。尤为引人注目的是，多体精确对角化计算表明，半填充的第一陈能带（1CB）中出现了非阿贝尔的Moore-Read态，其基态简并度与环面上的非阿贝尔拓扑态理论预测完全一致。

这项工作最关键的突破在于，通过能带反转的图像建立了晶格中陈带与朗道能级之间的联系，这不仅为朗道能级晶格化的研究提供了新视角，更使得在零磁场环境下实现非阿贝尔态成为可能，并为更高朗道能级的晶格化开辟了道路。值得一提的是，该模型仅涉及短程跃迁与密度-密度相互作用，可适用于冷原子系统的实验实现，为在高度可控平台上探索拓扑量子计算载体提供了新机遇。

我系博士毕业生王欢（现在西湖大学任博后）与博士生石锐为共同第一作者，王靖为通讯作者。该工作得到了复旦大学物理系、应用表面物理全国重点实验室、国家自然科学基金、科技创新2030、上海市科委等的大力支持与资助。

文章信息：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/8d4z-dy82

Huan Wang, Rui Shi, Zhaochen Liu, Jing Wang, Phys. Rev. Lett. 135, 216604 (2025)