[論文レビュー] A de Hass-van Alphen study of the Type-II Dirac semimetal candidates $A$Te$_2$ ($A =$ Pt, Pd)

R. K. Singh, Neha Wadhera+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2018

Topological Materials and Phenomena参考文献 37被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、高品質な単結晶を用いた de Haas-van Alphen 力学的量子振動を用いて PtTe₂ と PdTe₂ の電子構造を調査した。両材料において、低有効質量、高移動度、π Berry 位相が観測され、これはディラック電子の存在を確認し、PdTe₂ と同様に PtTe₂ が三次元型 II ディラック半金属として分類されることを支持する。

ABSTRACT

We report on a magneto-transport and quantum oscillations study on high quality single crystals of the transition metal di-tellurides PtTe$_2$ and PdTe$_2$. The de Haas-van Alphen (dHvA) oscillations in the magnetization measurements on PtTe$_2$ reveal a complicated, anisotropic band structure characterized by low effective masses and high mobilities for the carriers. Extracted transport parameters for PtTe$_2$ reveal a strong anisotropy which could be related to the tilted nature of Dirac cone. Using a Landau level fan diagram analysis we find at least one Fermi surface orbit with a Berry phase of $\pi$ consistent with Dirac electrons for both PtTe$_2$ and PdTe$_2$. The light effective mass and high mobility are also consistent with Dirac electrons in PtTe$_2$. Our results suggest that similar to PdTe$_2$, PtTe$_2$ might also be a three dimensional Dirac semimetal.

研究の動機と目的

• 高品質単結晶を用いた PtTe₂ と PdTe₂ の電子構造を、量子振動を用いて調査すること。
• PtTe₂ が PdTe₂ と同様に三次元ディラック半金属の特徴を示すかどうかを特定すること。
• de Haas-van Alphen 効果と Landau レベルのファン図を用いて、フェルミ面の位相的性質とキャリア特性を分析すること。
• バンドの異方性と有効質量が、これらの材料におけるディラック的準粒子の支持に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 高品質単結晶を用いた PtTe₂ と PdTe₂ の磁気輸送測定を実施した。
• 磁化における量子振動を抽出するために de Haas-van Alphen 効果測定を実施した。
• Landau レベルのファン図解析を用いて、Berry 位相とフェルミ面の位相的性質を特定した。
• 振動周波数と振幅から有効質量とキャリア移動度を抽出した。
• 観測された π Berry 位相を用いて、電子構造内にディラックフェルミオンが存在することを確認した。
• 量子振動と有効質量の角度依存性を分析することで、バンドの異方性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PtTe₂ は、三次元ディラック半金属状態を示す量子振動を示すか？
• RQ2 PtTe₂ のキャリアの有効質量と移動度は何か？ また、PdTe₂ と比較してどう異なるか？
• RQ3 PtTe₂ に、ディラック電子と整合する π Berry 位相の証拠は存在するか？
• RQ4 PtTe₂ の異方的バンド構造は、その型 II ディラック半金属としての分類可能性とどのように関係するか？
• RQ5 PtTe₂ の輸送および量子振動パラメータは、既知のディラック半金属 PdTe₂ とどの程度類似しているか？

主な発見

• PtTe₂ の de Haas-van Alphen 振動は、低有効質量と高キャリア移動度を示す複雑で異方的なフェルミ面を明らかにした。
• Landau レベルのファン図解析により、PtTe₂ と PdTe₂ の両方で少なくとも1つのフェルミ面軌道に対して π Berry 位相が観測され、ディラック電子の存在を示した。
• PtTe₂ の軽い有効質量と高移動度は、ディラックフェルミオンの振る舞いと整合した。
• 輸送パラメータの観測された異方性は、傾いたディラックコーン構造と整合した。
• 統合的証拠により、PtTe₂ が三次元型 II ディラック半金属として分類されることを支持する。PdTe₂ と類似している。
• 結果は、PtTe₂ が確立されたディラック半金属と同様の主要な電子的シグナチャーを共有していることを確認した。特に PdTe₂ と類似している。