[論文レビュー] Surface states and bulk electronic structure in the candidate type-II Weyl semimetal WTe2

F. Y. Bruno, A. Tamai+14 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2016

Topological Materials and Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、角度分解光電子分光法を用いて、WTe2に存在するアーク状の表面状態を同定した。この表面状態は、バルクの電子およびホールポケットを接続しており、実験的に同定された2つの表面終末のうちの1つでのみ特徴付けられている。上表面と下表面の区別がなされることで、バルクのフェルミ面シート数の長年の曇りが解消され、この候補タイプ-IIウェイリ半金属の電子構造に関する明確な理解が得られた。

ABSTRACT

We report angle-resolved photoemission experiments identifying an arc-like surface state connecting the bulk electron and hole pockets of the candidate type-II Weyl semimetal WTe2. This surface state can be isolated clearly on one of two distinct surface terminations observed experimentally, which we associate with the in-equivalent top and bottom surfaces of the non-centrosymmetric crystal structure. We further use the identification of the two different surfaces to clarify the number of bulk Fermi surface sheets in WTe2.

研究の動機と目的

• WTe2におけるバルクフェルミ面シート数に関する長年の曇りを解消すること。
• 角度分解光電子分光法を用いてWTe2の表面状態を同定および特徴付けること。
• 非中心対称なWTe2結晶における上表面と下表面の電子構造の違いを特定すること。
• バルクの電子およびホールポケットを接続する表面状態の存在を確認し、タイプ-IIウェイリ半金属の特徴を裏付けること。

提案手法

• WTe2表面の電子構造を調べるために、角度分解光電子分光法（ARPES）が用いられた。
• 実験的に2つの異なる表面終末が同定され、非中心対称結晶の非等価な上表面および下表面に対応した。
• 表面状態は、2つの終末のうちの1つに特異的に注目し、明確な同定が可能になった。
• 観測された表面状態をバルクフェルミ面ポケットと比較することで、表面状態のトポロジカル性が検証された。
• 結晶の対称性の破れを活用して、表面状態とバルク状態の寄与を明確に区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WTe2に、バルクの電子およびホールポケットを接続する表面状態が存在するか？
• RQ2 WTe2の上表面と下表面の電子構造はどのように異なるか？
• RQ3 ARPES測定により、WTe2におけるバルクフェルミ面シート数を解明できるか？
• RQ4 観測された表面状態はトポロジカル的に保護されており、タイプ-IIウェイリ半金属の挙動と整合的か？

主な発見

• アーク状の表面状態が明確に同定され、WTe2のバルクの電子およびホールポケットを接続していた。
• この表面状態は、実験的に同定された2つの表面終末のうちの1つでのみ観測され、非等価な上表面または下表面に対応した。
• 顕著な表面状態の差異のおかげで、WTe2におけるバルクフェルミ面シート数の明確な割り当てが可能になった。
• 表面状態の存在と局在化が、WTe2における電子構造のトポロジカル性を裏付けた。