三维量子Hall效应电阻平台与能隙

量子Hall效应最先在强磁场中的二维电子气体中产生,是一种内部绝缘、边缘单向导电、电阻为零的拓扑绝缘态,电阻平台的出现及纵向电阻的消失是量子Hall效应产生的标志。对于三维电子气体,z方向的自由度会破坏体系内部绝缘,阻碍量子Hall效应产生。解决问题的方法是让z方向磁场引诱体系在费米能级处产生能隙,从而保障内部绝缘。三维量子Hall效应是研究量子相变很好的平台,z方向磁场引发两种相变：在xy平面引发拓扑相变,在z方向引发体系由金属态向绝缘态的朗道相变。三维量子Hall效应最近在ZrTe5、HfTe5材料中观察到,与二维整数量子Hall效应的电阻平台出现在整数处不同,三维量子Hall效应的电阻平台出现在h/e²λ_F,z/2处,其中λ_F,z为电子在磁场z方向的费米波长。本文讨论量子Hall效应电阻平台出现以及纵向电阻消失的原因：朗道能级填满阻止左右边缘态电子的相互散射,保障了体系边缘的单向导电性和零电阻;用规范不变性理论推导三维量子Hall效应电阻平台的理论值,理论值与实验结果符合得很好;从自旋与轨道耦合理论出发,推导磁场在...