复旦大学物理系教授修发贤课题组在拓扑半金属砷化镉纳米片中，探测到由表面态费米弧和体态手性能级构成的一种新型电子回旋轨道——外尔轨道，并首次发现其在强场下的量子霍尔效应。该项工作是在中科院强磁场科学中心、美国国家强磁场实验室等单位提供的强磁场条件下完成的。近日，相关研究成果在线发表于《自然—通讯》。

　　研究人员研究了耦合轨道面积和体态费米波矢依赖关系，从另一个角度证明了外尔轨道的机制。本次实验的高质量砷化镉纳米晶体相比之前研究中的块材具有极低的费米面，在强磁场下能突破体态的量子极限并将表面电子态处于较低的朗道能级。出乎意料的是这一耦合轨道在实验中呈现出了量子霍尔效应。

　　常规来说，量子霍尔效应只发生在二维体系，而此处的外尔轨道具有沿磁场方向的体态运动，发生在第三个维度。对此，实验现象反过来说明通过手性能级的体态过程也是个无耗散的输运，并且样品的尺寸限制效应导致了对应体态的输运模式是有限的。根据量子霍尔电阻随磁场的演变，电子态的一些关键参数比如简并度、费米弧长度等也被分析获取，对后续的深入研究起到了很好的推动作用。