[논문 리뷰] Drastic pressure effect on the extremely large magnetoresistance in WTe2

Peng Cai, Junfeng Hu외 8명|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 29.

Quantum and electron transport phenomena인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 양자 진동 측정을 통해 WTe₂ 단일 결정에서 초고자기저항성(XMR)의 압력 의존성을 조사한다. 네 개의 피에르 표면을 규명하였으며, 이 중 전자 및 정공 풍선 두 개가 고압에서도 유지된다. XMR은 대기압에서 1.25×10⁵%에서 23.6 kbar에서 7.47×10³%로 급격히 감소하며, 이는 XMR이 전자 및 정공 농도 간의 미세한 균형에 기인함을 시사한다.

ABSTRACT

The quantum oscillations of the magnetoresistance under ambient and high pressure have been studied for WTe$_2$ single crystals, in which extremely large magnetoresistance was discovered recently. By analyzing the Shubnikov-de Haas oscillations, four Fermi surfaces are identified, and two of them are found to persist to high pressure. The sizes of these two pockets are comparable, but show increasing difference with pressure. At 0.3 K and in 14.5 T, the magnetoresistance decreases drastically from 1.25 $ imes$ $10^5$\% under ambient pressure to 7.47 $ imes$ $10^3$\% under 23.6 kbar, which is likely caused by the relative change of Fermi surfaces. These results support the scenario that the perfect balance between the electron and hole populations is the origin of the extremely large magnetoresistance in WTe$_2$.

연구 동기 및 목표

• WTe₂ 단일 결정에서 초고자기저항성(XMR)의 압력 의존성을 조사하기 위해.
• 고압 하에서 피에르 표면 구조가 어떻게 변화하는지 및 그 영향을 XMR에 분석하기 위해.
• WTe₂에서 XMR의 원인이 완벽한 전자-정공 보상임을 검증하기 위해.
• 양자 진동(슈비니코프-데 하아스)을 분석하여 고압 하에서 피에르 표면 풍선을 식별하고 추적하기 위해.

제안 방법

• 대기압 및 고압(최대 23.6 kbar) 조건에서 WTe₂ 단일 결정에 대해 양자 진동 측정을 수행하였다.
• 슈비니코프-데 하아스 진동을 분석하여 풍선 크기 및 효과 질량 등의 피에르 표면 매개변수를 추출하였다.
• 압력 변화에 따라 0.3 K 및 14.5 T 조건에서 자기저항성을 측정하여 XMR 억제 정도를 평가하였다.
• 전자 구조의 변화와 운반자 응답의 상관관계를 분석하기 위해 피에르 표면 변화를 자기저항성 변화와 비교하였다.
• 각도 의존성 자기저항성을 적용하여 피에르 표면 구조 및 풍선 식별을 확인하였다.
• 리프시츠-코세비치 분석을 사용하여 양자 진동에서 진동 주파수 및 효과 질량을 추출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자 진동을 통해 드러난 WTe₂에서 고압이 피에르 표면 구조에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 WTe₂에서 초고자기저항성의 압력 의존성은 어떠한가?
• RQ3 고압 하에서도 전자 및 정공 피에르 표면 풍선은 균형을 유지하는가?
• RQ4 압력 하에서 자기저항성이 급격히 감소하는 현상은 피에르 표면 기하학적 형태나 농도 변화로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• WTe₂에서 슈비니코프-데 하아스 진동을 통해 네 개의 명확한 피에르 표면 풍선을 규명하였다.
• 피에르 표면 풍선 중 전자 및 정공 풍선 두 개가 최대 23.6 kbar의 고압에서도 유지된다.
• 대기압에서는 이 두 풍선의 크기가 유사하지만, 압력이 증가함에 따라 점차 다를 것으로 나타났다.
• 0.3 K 및 14.5 T 조건에서 자기저항성은 대기압에서 1.25×10⁵%에서 23.6 kbar 압력에서 7.47×10³%로 감소하였다.
• 자기저항성의 급격한 감소는 고압에서 전자 및 정공 피에르 표면 농도 간의 불균형 증가와 상관관계를 보였다.
• 결과적으로 WTe₂에서 XMR가 전자 및 정공 운반자 간의 거의 완벽한 보상에 기인한다는 시나리오를 지지한다.