Estado de Isolante Topológico e Colapso do Efeito Hall Quântico em uma Heterojunção de Semimetal Dirac Tridimensional

Filmes finos prometem novas oportunidades para a manipulação de estados de superfície de semimetais topológicos com o potencial de realizar novos estados que não podem ser obtidos em materiais volumosos. Aqui, relatamos estudos de transporte de estruturas de barra Hall com portão fabricadas a partir de filmes epitaxiais de arseneto de cádmio, um semimetal Dirac tridimensional protótipo, com espessura de aproximadamente 50 nm, orientados em (001), em campos magnéticos de até 45 T. Os filmes exibem um efeito Hall quantizado com platôs ímpares pronunciados que é notavelmente diferente do dos filmes orientados em (112), mais amplamente estudados. Mostramos que o incomum efeito Hall quântico é uma consequência da estrutura de bandas volumosas invertida do arseneto de cádmio, que cria estados semelhantes a isolantes topológicos nas interfaces superior e inferior, cada uma exibindo um efeito Hall quântico semi-inteiro. Um pequeno desvio de potencial entre as duas superfícies resulta na interseção dos níveis de Landau e dá origem às sequências de fator de preenchimento observadas nos experimentos. Além disso, em valores negativos grandes de viés de porta, o fator de preenchimento 1 é abruptamente preemptado por um estado isolante que é acompanhado pelo colapso do bem desenvolvido efeito Hall quântico. Sugerimos que esta nova fase não pode ser explicada dentro de uma imagem de partícula única e discutimos o papel das interações de Coulomb entre estados de superfície espacialmente separados.