拓扑半金属中费米弧的三维量子霍尔效应

量子霍尔效应通常在二维系统中观测到。我们证明，在拓扑半金属中，费米弧可以产生一种独特的三维量子霍尔效应。由于拓扑约束，单个表面上的费米弧具有开放的费米面，无法承载量子霍尔效应。通过 Weyl 节点辅助的“虫洞”隧穿，相对表面上的费米弧可以形成一个完整的费米环，从而支持量子霍尔效应。费米弧的边缘态呈现出独特的三维分布，提供了 (d-2) 维边界态的一个实例。这与拓扑绝缘体单个表面的表面态量子霍尔效应截然不同。当费米能量扫过 Weyl 节点时，薄层霍尔电导率从 1/B 依赖关系演化为 Weyl 节点处的量子化平台。这种行为可以通过在拓扑半金属（如 TaAs 家族、Cd$_3$As$_2$ 或 Na$_3$Bi）薄片中调节栅极电压来实现。这项工作不仅对寻找费米弧的输运特征具有指导意义，也对探索其他拓扑物相中的新型电子气具有启发作用。