[논문 리뷰] A de Hass-van Alphen study of the Type-II Dirac semimetal candidates $A$Te$_2$ ($A =$ Pt, Pd)

R. K. Singh, Neha Wadhera외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 11.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 37인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 고순도 단일결정을 이용한 de Haas-van Alphen 양자 진동을 통해 PtTe₂와 PdTe₂의 전자 구조를 조사한다. 두 물질 모두 낮은 효과 질량, 높은 이동도 및 π Berry 위상이 관측되어 디랙 전자 존재를 확인하고, PtTe₂가 PdTe₂와 유사하게 3차원 Type-II 디랙 반도체로 분류될 수 있음을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We report on a magneto-transport and quantum oscillations study on high quality single crystals of the transition metal di-tellurides PtTe$_2$ and PdTe$_2$. The de Haas-van Alphen (dHvA) oscillations in the magnetization measurements on PtTe$_2$ reveal a complicated, anisotropic band structure characterized by low effective masses and high mobilities for the carriers. Extracted transport parameters for PtTe$_2$ reveal a strong anisotropy which could be related to the tilted nature of Dirac cone. Using a Landau level fan diagram analysis we find at least one Fermi surface orbit with a Berry phase of $\pi$ consistent with Dirac electrons for both PtTe$_2$ and PdTe$_2$. The light effective mass and high mobility are also consistent with Dirac electrons in PtTe$_2$. Our results suggest that similar to PdTe$_2$, PtTe$_2$ might also be a three dimensional Dirac semimetal.

연구 동기 및 목표

• 고품질 단일결정을 이용한 양자 진동을 통해 PtTe₂와 PdTe₂의 전자 구조를 조사한다.
• PtTe₂가 PdTe₂와 유사하게 3차원 디랙 반도체의 특성을 보이는지 확인한다.
• de Haas-van Alphen 효과 및 Landau 수준 팬 다이어그램을 통해 피어미 표면의 위상 구조와 실체 입자 성질을 분석한다.
• 밴드 이방성과 효과 질량이 이들 물질에서 디랙 유사 준입자들을 지지하는 데 미치는 영향을 평가한다.

제안 방법

• 고품질 단일결정 PtTe₂와 PdTe₂에서 자화 측정을 통한 자화 운반 측정을 수행한다.
• de Haas-van Alphen 효과 측정을 통해 자화의 양자 진동을 추출한다.
• Landau 수준 팬 다이어그램 분석을 통해 Berry 위상과 피어미 표면 위상 구조를 결정한다.
• 진동 주파수와 진폭에서 효과 질량과 실체 이동도를 추출한다.
• 관측된 π Berry 위상을 통해 전자 구조 내 디랙 페르미온 존재를 확인한다.
• 양자 진동의 각도 의존성과 효과 질량을 분석하여 밴드 이방성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PtTe₂는 3차원 디랙 반도체 상태를 나타내는 양자 진동을 보이는가?
• RQ2 PtTe₂의 실체 입자 효과 질량과 이동도는 무엇이며, PdTe₂와 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 PtTe₂에서 디랙 전자와 일치하는 π Berry 위상의 증거가 있는가?
• RQ4 PtTe₂의 이방성 밴드 구조는 Type-II 디랙 반도체로의 잠재적 분류와 어떻게 관련되는가?
• RQ5 PtTe₂의 운반성 및 양자 진동 매개변수는 알려진 디랙 반도체인 PdTe₂와 어느 정도 유사한가?

주요 결과

• PtTe₂의 de Haas-van Alphen 진동은 낮은 효과 질량과 높은 실체 이동도를 지닌 복잡하고 이방성 있는 피어미 표면을 드러낸다.
• Landau 수준 팬 다이어그램 분석에서 PtTe₂와 PdTe₂ 모두 최소한 하나의 피어미 표면 궤도에 대해 π Berry 위상을 관측하여 디랙 전자의 존재를 시사한다.
• PtTe₂의 낮은 효과 질량과 높은 이동도는 디랙 페르미온 행동과 일치한다.
• 운반성 매개변수의 관측된 이방성은 기울어진 디랙 콘의 구조와 일치한다.
• 종합적인 증거는 PtTe₂가 PdTe₂와 유사하게 3차원 Type-II 디랙 반도체로 분류될 수 있음을 뒷받침한다.
• 결과는 PtTe₂가 확립된 디랙 반도체와 유사한 핵심 전자 서명을 공유함을 확인한다. 특히 PdTe₂와 유사하다.