绝缘体中的朗道量子化与高迁移率费米子

在强关联材料中，准粒子激发可携带分数化量子数。一种引人入胜的可能性是形成分数化、电中性的费米子，例如自旋子与费米型激子，从而导致绝缘体中出现中性费米面与朗道量子化。尽管此前在量子自旋液体、拓扑近藤绝缘体和量子霍尔系统中的实验已暗示中性费米面的存在，但其存在的证据仍远非定论。在此，我们报道了在二维（2D）绝缘体，即大带隙拓扑绝缘体单层二碲化钨（WTe$_{2}$）中朗道量子化的实验观测。利用一种避免边缘贡献的检测方案，我们揭示了单层绝缘体磁阻中极其显著的量子振荡，其起始场小至约 0.5 特斯拉。尽管电阻巨大，该振荡轮廓呈现多个周期，模仿了金属中的舒布尼科夫-德哈斯振荡。值得注意的是，在极低温下，观测到的振荡在 1.6 特斯拉附近演化为离散峰，高于此场则朗道量子化区域完全形成。如此低的量子化起始场可与高迁移率传统二维电子气相比拟。我们的实验呼吁对 WTe$_{2}$ 单层的高度反常基态开展进一步研究。这包括器件组分的影响，以及在其绝缘带隙内可能存在移动费米子与电中性费米面。