[論文レビュー] Four-fold Symmetric Magnetoresistance in Kondo Insulator SmB6

Zengji Yue, X. L. Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2013

Rare-earth and actinide compounds被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、磁場をab面内で回転させた条件下で、SmB6単結晶において4重対称性の磁気抵抗（MR）振動が観測され、8 Kより高い温度でバルクフェルミ表面のC4縮退が示された。温度が2.3 Kに低下するにつれ、C4対称性が弱まり、C2対称性が顕在化する。これは、三次元バルク状態から二次元表面状態への転移を示しており、Kondo絶縁体SmB6においてトポロジカルネマチック状態の形成が可能性として示唆される。

ABSTRACT

Topological Kondo insulators have been attracting great attention from the condensed-matter physics community due to their fascinating topological and strongly correlated properties. Here, we report angle-dependent c-axis magnetoresistance (MR) oscillations in a Kondo insulator, SmB6 single crystal, in a magnetic field of up to 13 T rotated in the ab-plane. Four-fold symmetric MR oscillations are first observed above 8 K, which result from the four-fold (C4) degeneracy of the bulk Fermi surface of SmB6. With decreasing temperature down to 2.3 K, the C4 symmetry of the MR oscillations gradually weakens and C2 symmetry appears. This demonstrates a crossover from three-dimensional bulk states to two-dimensional surface states and implies the possible emergence of topological nematic states. Our experimental observations shed new light on the metallic surface states and nematic states in the Kondo insulator SmB6.

研究の動機と目的

• 面内磁場を回転させた条件下でのSmB6におけるc軸磁気抵抗の角度依存性を調査すること。
• Kondo絶縁体SmB6におけるフェルミ表面の電子的対称性を解明すること。
• 低温における表面状態の出現およびSmB6における可能性のあるトポロジカルネマチック秩序の探求。

提案手法

• 磁場をab面内で回転させ、最大13 Tの磁場を用いてSmB6単結晶における角度依存磁気抵抗測定を実施した。
• 磁場の向きに応じたc軸磁気抵抗を測定し、電子構造における対称性の破れまたは縮退を検出するための手法を用いた。
• 8 Kから2.3 Kまでの温度依存測定を実施し、MR応答における対称性の変化を観察した。
• MR振動の対称性解析を用いて、フェルミ表面におけるC4およびC2の縮退パターンを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高温において面内磁場を回転させた場合、SmB6の磁気抵抗は4重対称性を示すか？
• RQ2 SmB6における磁気抵抗応答の対称性は、温度が低下するにつれてどのように変化するか？
• RQ3 観測されたC4からC2への対称性の転移は、SmB6の電子状態について何を示唆するか？
• RQ4 低温においてSmB6に二次元表面状態の出現が観測される証拠はあるか？
• RQ5 観測された対称性の破れは、Kondo絶縁体SmB6におけるトポロジカルネマチック状態の形成を示唆するか？

主な発見

• 8 Kより高い温度で、SmB6において4重対称性の磁気抵抗振動が観測され、バルクフェルミ表面のC4縮退が示された。
• 温度が2.3 Kに低下するにつれ、MR振動のC4対称性が徐々に弱まり、C2対称性が顕在化した。
• C4からC2への対称性の転移は、SmB6における三次元バルク状態から二次元表面状態への移行を示唆している。
• 観測された挙動は、Kondo絶縁体SmB6にトポロジカルネマチック状態の形成が可能性として示唆されることを示している。
• これらの発見は、金属的表面状態および対称性破れ電子秩序の存在を実験的に裏付ける証拠を提供する。