[論文レビュー] Raman Signatures of Broken Inversion Symmetry and In-plane Anisotropy in Type-II Weyl Semimetal Candidate TaIrTe4

Yinan Liu, Qiangqiang Gu+10 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2018

Inorganic Chemistry and Materials被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、角度分解偏光ラマン分光法を用いて、タイプ-II ワイル半金属候補であるTaIrTe4における反転対称性の破れを明確に確認し、10 Kで最大200%に達する強い面内電気的異方性を明らかにした。この手法により、破壊的でない結晶指向の決定が可能となり、他のタイプ-II ワイル半金属候補の同定と特性評価にスケーラブルなアプローチを提供する。

ABSTRACT

The layered ternary compound TaIrTe4 is an important candidate to host the recently predicted type-II Weyl Fermions. However, a direct and definitive proof of the absence of inversion symmetry in this material, a prerequisite for the existence of Weyl Fermions, has so far remained evasive. Herein, an unambiguous identification of the broken inversion symmetry in TaIrTe4 is established using angle-resolved polarized Raman spectroscopy. Combining with high-resolution transmission electron microscopy, we demonstrate an efficient and nondestructive recipe to determine the exact crystallographic orientation of TaIrTe4 crystals. Such technique could be extended to the fast identification and characterization of other type-II Weyl Fermions candidates. A surprisingly strong in-plane electrical anisotropy in TaIrTe4 thin flakes is also revealed, up to 200% at 10K, which is the strongest known electrical anisotropy for materials with comparable carrier density, notably in such good metals as copper and silver.

研究の動機と目的

• タイプ-II ワイルフェルミオンを捕獲するための前提条件である、TaIrTe4における反転対称性の破れを直接実験的に証明すること。
• ラマン分光法を用いて、破壊的でない手法でTaIrTe4フラクチュウの結晶指向を決定する方法を開発すること。
• TaIrTe4薄膜フラクチュウにおける電気的異方性を調査し、低温でのその大きさを定量すること。
• 他のタイプ-II ワイル半金属候補に一般化可能な技術を確立し、迅速な同定と特性評価を可能とすること。

提案手法

• TaIrTe4結晶の対称性特性を調べるために、角度分解偏光ラマン分光法が用いられた。
• 結晶構造と指向の妥当性を検証するために、高分解能透過型電子顕微鏡（HRTEM）が用いられた。
• 対称性の破れを特定するために、さまざまな偏光設定でラマンスペクトルが収集された。
• ラマンモードの偏光依存性を分析することで、反転対称性の欠如が確認された。
• 面内異方性の定量的評価のために、薄膜フラクチュウで電気的輸送測定が実施された。
• ラマンシグナルと結晶指向との相関関係を確立し、破壊的でない指向割り当てを可能とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ-II ワイルフェルミオンを有するための前提条件である、TaIrTe4が反転対称性の破れを示すか？
• RQ2 角度分解偏光ラマン分光法を用いて、破壊的でない方法でTaIrTe4フラクチュウの結晶指向を決定できるか？
• RQ3 低温下におけるTaIrTe4の面内電気的異方性の大きさはどの程度か？
• RQ4 この観察された異方性は、同等のキャリア密度を有する他の良好な金属と比較してどう異なるか？

主な発見

• 偏光依存性ラマン応答を通じて、中心対称構造とは整合しない選択則が示されたことから、TaIrTe4における反転対称性の破れが明確に確認された。
• ラマン分光法とHRTEMの組み合わせにより、TaIrTe4フラクチュウにおける結晶指向の破壊的でないかつ高精度な決定が可能になった。
• 10 Kで最大200%に達する顕著な面内電気的異方性がTaIrTe4薄膜フラクチュウで観測され、同程度のキャリア密度を有する材料の中で報告された最大値であった。
• この異方性は、銅や銀などの従来の金属と比べて顕著に大きく、電子-近接対称性効果が強いことを示唆している。
• ラマンベースの指向マッピング技術は、強固で他の層状タイプ-II ワイル半金属候補への応用が可能である。
• 本研究により、光学的および構造的プローブを用いた、ワイル半金属候補の迅速かつ非破壊的同定と特性評価のためのプロトコルが確立された。