拓扑绝缘体中平面霍尔效应的 Berry 相位理论

在外加磁场平行于施加电流方向的情况下，负纵向磁阻最近已在 Weyl 半金属和体传导极限下的拓扑绝缘体中得到实验验证。拓扑半金属中负纵向磁阻的出现被理解为手性异常效应，而在拓扑绝缘体中尚无明确定义。另一个引人注目的现象是平面霍尔效应——当施加的共面电场与磁场不完美对齐时，在共面电场与磁场所在平面内出现横向电压，而在该构型中常规霍尔效应消失——最近被提出存在于 Weyl 半金属中。本文提出了体传导极限下三维拓扑绝缘体平面霍尔效应的准经典理论。从 Boltzmann 输运方程出发，我们推导了拓扑绝缘体中平面霍尔电导率与纵向磁电导率的表达式，并展示了轨道磁矩在平面霍尔效应出现中所起的重要作用。我们的理论结果预测了拓扑绝缘体的特定实验特征，可在实验中直接验证。