百纳米厚度磁性拓扑绝缘体三层结构中的三维量子反常霍尔效应

磁性拓扑态是指磁性材料中一类奇异相，其非平凡拓扑性质由磁性自旋构型决定。这类态的一个例子是量子反常霍尔（QAH）态，它是量子霍尔效应在零磁场下的表现。当前这一方向的研究集中在厚度小于10nm的QAH绝缘体。三维（3D）区域中的厚QAH绝缘体很少，主要是因为厚磁性TI样品中不可避免地引入体载流子。这里，我们采用分子束外延（MBE）合成了厚度高达约106 nm的磁性TI三层结构。我们发现这些样品在零磁场下表现出良好量子化的霍尔电阻和消失的纵向电阻。通过改变磁性掺杂剂、栅极电压、温度和外部磁场，我们研究了这些厚QAH绝缘体的性质，并证明了3D QAH效应的鲁棒性。良好量子化的3D QAH效应的实现表明，我们厚磁性TI三层结构的非手性侧表面态是有能隙的，因此不影响QAH量子化。百纳米厚度的3D QAH绝缘体为探索基础物理（包括轴子物理和像磁单极子）以及推进电子和自旋电子器件以绕过摩尔定律提供了有前景的平台。