[論文レビュー] Planar Hall effect in type-II Weyl semimetal WTe2

Y. J. Wang, Jiangwei Gong+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2018

Topological Materials and Phenomena参考文献 28被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、タイプ-II Weyl半金属WTe2における巨大平面ホール効果の初回実験的観測を報告し、この効果がWeylフェルミオンのアドラー＝ベル＝ジャッキーウィの手術的異常によって生じることを示した。平面ホール効果は、タイプ-II Weyl半金属におけるトポロジカル性質を検出する強固で実験的に容易なプローブであることが示され、曇りがちな負の磁気抵抗とは対照的に、より信頼性の高い代替手段を提供する。

ABSTRACT

Adler-Bell-Jackiw chiral anomaly is a representative feature arising from the topological nature in topological semimetal. We report the first experimental observation of giant planar Hall effect in type-II Weyl semimetal WTe2. Our comprehensive analyes of the experimental data demonstrate that the detected planar Hall effect is originated from the chiral anomaly of Weyl fermions. Unlike the somewhat elusive negative magnetoresistance, the planar Hall effect is robust and easy to be detected in type-II Weyl semimetal. This work reveals that the planar Hall effect is an effective transport probe to determine the topological nature of topological semimetals, especially in type-II Weyl semimetals.

研究の動機と目的

• タイプ-II Weyl半金属WTe2における平面ホール効果の実験的検出および特性評価を目的とする。
• 観測された平面ホール効果とWeylフェルミオンにおけるアドラー＝ベル＝ジャッキーウィの手術的異常との直接的関連を確立することを目的とする。
• 平面ホール効果が負の磁気抵抗よりも強固で容易に利用可能なトポロジカル秩序の実験的プローブとして機能することを示すこと。
• 輸送測定を通じてWTe2のトポロジカル性質に関する決定的証拠を提供すること。

提案手法

• 磁場の方向を変化させた条件下での単結晶WTe2の電気的輸送特性の測定。
• 電流およびサンプル面に対して磁場方向を系統的に変化させ、平面ホール応答を調べる。
• 磁場の角度および大きさの関数としての平面ホール抵抗の分析により、手術的異常寄与を分離する。
• タイプ-II Weyl半金属における手術的異常駆動型平面ホール効果の理論予測と実験データを比較する。
• 平面ホール信号の角度依存性を用いて、トポロジカル寄与とバックグラウンド効果を区別する。
• 不純物の影響を最小限に抑えて信号の明瞭さを高めるために、高品質な単結晶を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ-II Weyl半金属WTe2において、平面ホール効果を実験的に観測できるか？
• RQ2 観測された平面ホール効果は、Weylフェルミオンの手術的異常によって直接起因するか？
• RQ3 平面ホール効果は、負の磁気抵抗と比較して、どのようにトポロジカル秩序のプローブとして機能するか？
• RQ4 WTe2における平面ホール信号の角度依存性は何か？ また、これはどのように手術的異常物理学を確認するか？
• RQ5 平面ホール効果は、トポロジカル半金属相の信頼性の高い強固な指標として機能できるか？

主な発見

• WTe2において、磁場方向の角度依存性が明確に現れる巨大平面ホール効果が実験的に観測された。
• 平面ホール信号は、磁場方向および大きさに依存するという点で、手術的異常と強く相関していることが確認された。
• 観測された平面ホール効果は、大規模な負の磁気抵抗が存在しない状況でも、強固で再現可能である。
• 平面ホール効果の従来の起源（外部的不純物や幾何的効果など）を除外するデータが得られた。
• 負の磁気抵抗よりも、平面ホール効果がトポロジカル秩序の実験的シグナルとしてより容易に利用可能である。
• 結果は、WTe2が手術的異常駆動型輸送を示すWeylフェルミオンを有しており、タイプ-II Weyl半金属としての分類が妥当であることを裏付けた。