論文の概要: Three-dimensional quantum anomalous Hall effect in Weyl semimetals

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.01399v1
• Date: Thu, 02 Jan 2025 18:23:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-05 17:11:56.722977
• Title: Three-dimensional quantum anomalous Hall effect in Weyl semimetals
• Title（参考訳）: ワイル半金属における3次元量子異常ホール効果
• Authors: Zhi-Qiang Zhang, Yu-Hang Li, Ming Lu, Hongfang Liu, Hailong Li, Hua Jiang, X. C. Xie,
• Abstract要約: 量子異常ホール効果(quantum anomalous Hall effect, QAHE)は、2次元の系が磁場がないときに量子化されたホール抵抗を$h/e2$で示す量子現象である。 本研究では,この新たな位相を3次元に拡張し,よりリッチで多目的な輸送挙動を示す3次元QAHEを提案する。 この3次元QAHEはホールエフェクトファミリーのギャップを埋めるだけでなく、インメモリコンピューティングのようなデバイスアプリケーションにも大きな可能性を秘めている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.511994395713693
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• Abstract: The quantum anomalous Hall effect (QAHE) is a quantum phenomenon in which a two-dimensional system exhibits a quantized Hall resistance $h/e^2$ in the absence of magnetic field, where $h$ is the Planck constant and $e$ is the electron charge. In this work, we extend this novel phase to three dimensions and thus propose a three-dimensional QAHE exhibiting richer and more versatile transport behaviors. We first confirm this three-dimensional QAHE through the quantized Chern number, then establish its bulk-boundary correspondence, and finally reaffirm it via the distinctive transport properties. Remarkably, we find that the three-dimensional QAHE hosts two chiral surface states along one spatial direction while a pair of chiral hinge states along another direction, and the location of the hinge states depends sensitively on the Fermi energy. These two types of boundary states are further connected through a perpendicular chiral surface states, whose chirality is also Fermi energy dependent. Consequently, depending on the transport direction, its Hall resistance can quantize to $0$, $h/e^2$, or $\pm h/e^2$ when the Fermi energy is tuned across the charge neutral point. This three-dimensional QAHE not only fill the gap in the Hall effect family but also holds significant potentials in device applications such as in-memory computing.
• Abstract（参考訳）: 量子異常ホール効果 (quantum anomalous Hall effect, QAHE) は、2次元の系が磁場がないときに量子化されたホール抵抗$h/e^2$を示し、$h$がプランク定数、$e$が電子電荷である量子現象である。 本研究では,この新たな位相を3次元に拡張し,よりリッチで多目的な輸送挙動を示す3次元QAHEを提案する。 まず、この3次元QAHEを量子化されたチャーン数で確認し、そのバルク境界対応を確立し、最終的に特異な輸送特性で再確認する。 顕著なことに、3次元QAHEは1つの空間方向に沿って2つのキラル面状態を持ち、もう1つの方向に沿って一対のキラルヒンジ状態を持ち、ヒンジ状態の位置はフェルミエネルギーに敏感に依存する。 これらの2種類の境界状態は、垂直なキラル面状態を通してさらに接続され、そのキラル性もフェルミエネルギーに依存している。 したがって、輸送方向に応じてホール抵抗は0$、$h/e^2$または$\pm h/e^2$に量子化することができる。 この3次元QAHEはホールエフェクトファミリーのギャップを埋めるだけでなく、インメモリコンピューティングのようなデバイスアプリケーションにも大きな可能性を秘めている。

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