[論文レビュー] Observation of chiral magneto-transport in RPtBi topological Heusler compounds

Chandra Shekhar, Ajaya K. Nayak+15 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2016

Topological Materials and Phenomena参考文献 38被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、希土類元素を含むRPtBi（R = 希土類）上変換Heusler化合物において、角度分解量子振動測定および輸送異方性を用いて、ねじれ異常駆動の負磁気抵抗を示すねじれ磁気輸送の観察を報告している。主な発見は、高磁場下での強固な負磁気抵抗およびねじれLandau準位の分裂を確認することで、バルク材料系におけるねじれフェルミオンの明確な証明が得られたことである。

ABSTRACT

Observation of chiral magneto-transport in RPtBi topological Heusler compounds Chandra Shekhar, Ajaya K. Nayak, Sanjay Singh, Nitesh Kumar, Shu-Chun Wu, Yang Zhang, Alexander C. Komarek, Erik Kampert, Yurii Skourski, Jochen Wosnitza, Walter Schnelle, Alix McCollam, Uli Zeitler, Jurgen Kubler, S. S. P. Parkin, Binghai Yan, C. Felser Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, 01187 Dresden, Germany Max Planck Institute of Microstructure Physics, 06120 Halle, Germany Leibniz-Institut fur Festkorperund Werkstoffforschung 01069 Dresden, Germany Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD-EMFL), Helmholtz-Zentrum DresdenRossendorf, 01328 Dresden, Germany High Field Magnet Laboratory (HFML EMFL), Radboud University, Toernooiveld 7, 6525 ED, Nijmegen, The Netherlands. Institut fur Festkorperphysik, Technische Universitat Darmstadt, 64289 Darmstadt, Germany Institute of Condensed Matter Physics and Photon Science, ShanghaiTech University, Shanghai 200031, China Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, 01187 Dresden, Germany

研究の動機と目的

• 高精度な電気的輸送測定を用いて、RPtBiトポロジカルHeusler化合物にねじれフェルミオンが存在するかを調査すること。
• 高磁場下におけるバルクRPtBi材料にねじれ異常効果が現れるかどうかを特定すること。
• ねじれフェルミオン行動を示す特徴的な輸送異方性および量子振動を探索すること。
• Heusler化合物における電子構造のトポロジーと顕著な磁気輸送現象との関連を確立すること。
• 高い構造的および電子的安定性を示すバルク結晶系において、ねじれフェルミオンの実験的証明を提供すること。

提案手法

• 20 mKまでの低温下で、最大35 Tの高磁場下における高精度な電気的輸送測定を実施すること。
• 磁場の向き依存性を測定することで、ねじれ異常およびLandau準位の分裂を調べること。
• 角度分解de Haas-van Alphen振動（Shubnikov–de Haas）測定を実施し、フェルミ面のトポロジーを抽出すること。
• 磁場の向き依存性を用いて、ねじれ異常を負磁気抵抗の観点から分析すること。
• 第一原理計算を用いて、観測された輸送異方性と電子バンド構造の相関を検証すること。
• 実験結果をHeusler化合物におけるねじれフェルミオン状態の理論的予測と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RPtBi Heusler化合物は、ねじれ異常と整合するねじれ磁気輸送のシグナルを示すか？
• RQ2 RPtBiにおける磁気抵抗の角度依存性は何か？ また、それはどのようにねじれフェルミオン行動を反映しているか？
• RQ3 量子振動測定により、これらの材料におけるねじれLandau準位の分裂を解明できるか？
• RQ4 RPtBiの電子バンド構造は、ねじれフェルミオンの存在をどのように支持しているか？
• RQ5 結晶対称性およびスピン軌道相互作用は、RPtBiにおけるねじれフェルミオン状態の安定化に果たす役割は何か？

主な発見

• 高磁場下で明確な負磁気抵抗が観測され、ねじれ異常効果の証明となった。
• 磁気抵抗の異方性は磁場の向きに強く依存しており、ねじれフェルミオン輸送と整合的であった。
• 量子振動測定により、大きな有効質量を有するフェルミ面と、ねじれLandau準位の分裂の証拠が得られた。
• 角度分解輸送データは、磁場の傾きによって磁気抵抗に顕著な非対称性が生じることを示し、ねじれフェルミオン行動を支持した。
• 第一原理計算により、タイプ-IIWeylフェルミオンおよびフェルミ準位付近のねじれフェルミオン状態の存在が確認された。
• 観測されたねじれ異常は、複数のRPtBi試料で一貫しており、内在的なバルク電子的応答であることが示された。