[論文レビュー] MoTe2: Weyl and Line Node Topological Metal

Zhijun Wang, Dominik Gresch+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2015

Topological Materials and Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、低温正交相におけるMoTe2がフェルミ準位近くにタイプ-IIワイル点とミラー対称性で保護されたノードラインを共有しており、複雑なトポロジカル半金属状態を実現することを示している。Ab initio計算により、歪み駆動によるトポロジカル相転移が明らかになった。歪みが存在しない状態では、時間反転対称性と整合する最小限の観測可能な表面フェルミ・アーチが正確に2つ存在する。

ABSTRACT

Topological metals exhibit unremovable degeneracies in the band structure close to the Fermi level. These degeneracies can come in many types, the most basic of which are point (Weyl) and line nodes, and are associated with a wide range of phenomena from chiral anomalies to Fermi arcs. Here we show that MoTe2, in its low-temperature orthorhombic structure, realizes both type-II Weyl points and nodal lines close to the Fermi level, in a complex topological band structure. The Weyl nodes occur between several different bands, and the nodal lines are protected by mirror symmetry. We present an X-ray diffraction study of this new orthorhombic phase of MoTe2 taken at 100 K, and experimentally determine its lattice parameters. Using this input in ab initio and topological calculations, we predict a series of strain-driven topological phase transitions in this compound, opening a wide range of possible experimental realizations of different topological semimetal phases. Crucially, with no strain, the number of observable surface Fermi arcs in this material is 2 - the smallest number of arcs consistent with time-reversal symmetry.

研究の動機と目的

• MoTe2の低温正方相におけるトポロジカル電子状態を特定および特徴づけること。
• 対称性と歪みがワイル点およびノードラインを安定化させる役割を特定すること。
• MoTe2における歪み駆動によるトポロジカル相転移を予測すること。
• この系において時間反転対称性と整合する最小の観測可能な表面フェルミ・アーチの数を確立すること。

提案手法

• MoTe2の正方相の格子定数を100 KでX線回折により測定した。
• 実験的に決定された格子定数を用いて、Ab initio電子構造計算を実施した。
• トポロジカル不変量およびバンド構造解析を用いて、ワイル点およびノードラインを同定した。
• 対称性解析により、ノードラインがミラー対称性によって保護されていることを確認した。
• 歪み工学をモデル化して、トポロジカル相転移を予測した。
• 時間反転対称性の制約のもとで、表面フェルミ・アーチの数を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミ準位近くの低温正方相におけるMoTe2にどのようなトポロジカル状態が存在するか？
• RQ2 MoTe2におけるワイル点およびノードラインは、どのように対称性と電子構造によって安定化されるか？
• RQ3 歪みがMoTe2のトポロジカル相に及ぼす影響は何か？
• RQ4 時間反転対称性のもとで、MoTe2における観測可能な表面フェルミ・アーチの最小数は何か？
• RQ5 歪みはMoTe2におけるトポロジカル相転移を駆動できるか。これにより、チューナブルなトポロジカル半金属相を実現できるか？

主な発見

• MoTe2の低温正方相は、フェルミ準位近くにタイプ-IIワイル点とミラー対称性で保護されたノードラインを共有する。
• ワイルノードは複数のバンド間で形成されており、複雑なバンド接続性を示している。
• MoTe2におけるノードラインは、ミラー対称性によってトポロジカル的に保護されている。
• 歪み工学により、MoTe2における複数のトポロジカル相転移を駆動でき、多様なトポロジカル半金属相にアクセス可能である。
• 歪みが存在しない状態では、MoTe2は正確に2つの観測可能な表面フェルミ・アーチを支持しており、これは時間反転対称性と整合する最小数である。
• 100 Kで測定された実験的格子定数は、Ab initioおよびトポロジカル解析の信頼できる入力条件を提供する。