源自拓扑绝缘体表面的平面霍尔效应

拓扑绝缘体（TIs）的一个显著特征是其表面态由自旋非简并的无质量 Dirac 费米子组成。最近的技术进步使得通过静电门控调节上下表面的 Fermi 能级越过 Dirac 点，从而研究 TI 薄膜的表面输运性质成为可能。这为研究 TI 特有的自旋非简并 Dirac 物理打开了窗口。在此，我们报告了从 TI 表面发现的一种新型平面霍尔效应（PHE），该效应源于由面内磁场诱导的此前未知的电阻率各向异性。该效应在体绝缘的 Bi$_{2-x}$Sb$_{x}$Te$_{3}$ 薄膜的双门控器件中被观察到，其中上下表面均被门控。PHE 的起源是面内磁场独特的破坏时间反演效应，该效应各向异性地消除了表面 Dirac 费米子免受背散射的保护。这种场诱导各向异性的关键特征是对门电压的强烈依赖性，并在 Dirac 点附近具有特征的双峰结构，这通过自洽 T-matrix 近似在理论上给出了解释。观测到的 PHE 为未来实验中分析和操控 TI 表面的拓扑保护提供了一种新工具。