Field-Tunable One-Sided Higher-Order Topological Hinge States in Dirac Semimetals

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作者
Rui Chen,Tianyu Li,C. M. Wang,Hai‐Zhou Lu,Xiaoming Xie
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:127 (6) 被引量:24
标识
DOI:10.1103/physrevlett.127.066801
摘要

Recently, higher-order topological matter and 3D quantum Hall effects have attracted a great amount of attention. The Fermi-arc mechanism of the 3D quantum Hall effect proposed to exist in Weyl semimetals is characterized by the one-sided hinge states, which do not exist in all the previous quantum Hall systems, and more importantly, pose a realistic example of the higher-order topological matter. The experimental effort so far is in the Dirac semimetal ${\mathrm{Cd}}_{3}{\mathrm{As}}_{2}$, where, however, time-reversal symmetry leads to hinge states on both sides of the top and bottom surfaces, instead of the aspired one-sided hinge states. We propose that under a tilted magnetic field, the hinge states in ${\mathrm{Cd}}_{3}{\mathrm{As}}_{2}$-like Dirac semimetals can be one sided, highly tunable by field direction and Fermi energy, and robust against weak disorder. Furthermore, we propose a scanning tunneling Hall measurement to detect the one-sided hinge states. Our results will be insightful for exploring not only the quantum Hall effects beyond two dimensions, but also other higher-order topological insulators in the future.

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