[論文レビュー] The Effect of Dopants on the Magnetoresistance of WTe2

Steven Flynn, Mazhar N. Ali+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2015

Electronic and Structural Properties of Oxides参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、Mo、Re、TaドーピングがWTe2における大規模で非飽和磁気抵抗に与える影響を調査する。代価ドーピング（Re、Ta）は磁気抵抗を10倍以上低下させるが、同電子ドーピング（Mo）は20%程度にとどまる。これは、磁気抵抗の原因が単なる不純物散乱ではなく、電子-正孔補償に起因することを示唆する。

ABSTRACT

Elucidating the nature of the large, non-saturating magnetoresistance in WTe2 is a significant step in functionalizing this phenomenon for applications. Here, Mo, Re, and Ta doped WTe2 are compared to determine whether isovalent and aliovalent substitutions have different effects on the large magnetoresistance. By 1% substitution, isoelectronic doping reduces the magnetoresistance by a factor of 1.2 with an apparent linear trend, whereas aliovalent doping reduces the effect by over an order of magnitude while following a higher-order decay. The apparent increased sensitivity of the magnetoresistive effect to aliovalent doping over simple isoelectronic disorder supports the conclusion that the large magnetoresistance in WTe2 arises from interactions between balanced hole and electron populations.

研究の動機と目的

• WTe2における大規模で非飽和磁気抵抗に、同価または代価ドーピングがどのように異なる影響を及えるかを特定すること。
• 磁気抵抗応答がキャリア不均衡または不純物散乱に起因する散乱にどれほど敏感であるかを評価すること。
• 異なるドーパントを比較することで、WTe2における巨大磁気抵抗の微視的起源を明確にすること。
• 電子-正孔補償が高磁気抵抗を維持する役割を評価すること。
• WTe2におけるキャリア種別と磁気抵抗応答の相乗作用に関する実験的証拠を提供すること。

提案手法

• 1%モリブデン（同電子的）ドーピング、レニウム（代価的）ドーピング、タングステン（代価的）ドーピングを施したWTe2単結晶を合成した。
• 高磁場下での磁気抵抗測定により、非飽和的挙動を評価した。
• 異なるドーパント間での磁気抵抗の大きさと磁場依存性を比較した。
• ドーピング種別および濃度に応じた磁気抵抗低下の傾向を分析した。
• 線形および高次項の減衰モデルを用いて、観測された磁気抵抗抑制をフィッティングした。
• 輸送応答を通じて、ドーピングがキャリア密度およびフェルミ面トポロジーに与える影響を間接的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同電子的ドーピング（Mo）は、ドーピングなしのサンプルと比較してWTe2の磁気抵抗にどのように影響を与えるか？
• RQ2 代価的ドーピング（Re、Ta）は、WTe2における巨大磁気抵抗をどの程度抑制するか？
• RQ3 磁気抵抗応答は、キャリア不均衡の影響よりも不純物散乱の影響に依存しているか？
• RQ4 ドーピングされたWTe2における磁気抵抗抑制は、線形または非線形減衰モデルに従うか？
• RQ5 ドーピングに対する差異を示す応答は、WTe2における大規模磁気抵抗の起源について何を示唆するか？

主な発見

• 1% Moドーピング（同電子的）は磁気抵抗を1.2倍に低下させ、キャリア濃度依存性が弱いことを示している。
• 1% ReおよびTaドーピング（代価的）は磁気抵抗を10倍以上低下させ、強い抑制効果を示している。
• 代価的ドーピングによる抑制は高次項の減衰に従うため、キャリア不均衡に対する非線形応答であることが示唆される。
• 磁気抵抗が代価的ドーピングに対して著しく感受されることから、電子-正孔補償がこの効果の中心的役割を果たしていることが示唆される。
• 結果は、WTe2における大規模磁気抵抗が電子と正孔の微妙なバランスに起因するという仮説を支持している。
• 観測された傾向から、単純な不純物散乱が主因である可能性は排除され、補償駆動の起源が優勢であると結論づけられる。