[논문 리뷰] Four-fold Symmetric Magnetoresistance in Kondo Insulator SmB6

Zengji Yue, X. L. Wang외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 11.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 8 K 이상에서 스마라우티트(SmB6) 단일 결정에서 ab 평면 내에서 자장을 회전시킬 때 네중대칭(magnetoresistance, MR) 진동을 보고하며, 이는 8 K 이상에서 부피 피에르 표면의 C4 비대칭성을 나타낸다. 온도가 2.3 K로 낮아질수록 C4 대칭성이 약화되고 C2 대칭성이 나타나며, 이는 3차원 부피 상태에서 2차원 표면 상태로의 전이를 시사하며, 코니오 절연체인 SmB6에서 위상적 네마틱 상태의 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Topological Kondo insulators have been attracting great attention from the condensed-matter physics community due to their fascinating topological and strongly correlated properties. Here, we report angle-dependent c-axis magnetoresistance (MR) oscillations in a Kondo insulator, SmB6 single crystal, in a magnetic field of up to 13 T rotated in the ab-plane. Four-fold symmetric MR oscillations are first observed above 8 K, which result from the four-fold (C4) degeneracy of the bulk Fermi surface of SmB6. With decreasing temperature down to 2.3 K, the C4 symmetry of the MR oscillations gradually weakens and C2 symmetry appears. This demonstrates a crossover from three-dimensional bulk states to two-dimensional surface states and implies the possible emergence of topological nematic states. Our experimental observations shed new light on the metallic surface states and nematic states in the Kondo insulator SmB6.

연구 동기 및 목표

• 입자 평면 내에서 자장을 변화시키는 조건에서 SmB6에서의 축 방향 자기저항의 각도 의존성을 조사하기 위해.
• 코니오 절연체인 SmB6에서 피에르 표면의 전자 대칭성을 탐구하기 위해.
• 저온에서 표면 상태의 출현과 SmB6에서 가능한 위상적 네마틱 질서를 탐색하기 위해.

제안 방법

• ab 평면 내에서 자장을 13 T까지 변화시키며 SmB6 단일 결정에서 각도 의존성 자기저항 측정을 수행하였다.
• 전자 구조의 대칭성 붕괴 또는 비대칭성을 탐지하기 위해 자기장 방향에 따라 축 방향 자기저항을 측정하였다.
• MR 반응의 대칭성 변화를 관찰하기 위해 8 K에서 2.3 K까지 온도 의존성 측정을 실시하였다.
• MR 진동의 대칭성 분석을 통해 피에르 표면에서의 C4 및 C2 비대칭 패턴을 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고온에서 SmB6의 자기저항은 입자 평면 내 자장 변화에 따라 네중대칭을 보이는가?
• RQ2 SmB6에서 자기저항 반응의 대칭성은 온도가 낮아짐에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 관측된 C4에서 C2로의 대칭 전이가 SmB6의 전자 상태에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 저온에서 SmB6에서 2차원 표면 상태의 출현에 대한 증거가 있는가?
• RQ5 관측된 대칭성 붕괴는 코니오 절연체인 SmB6에서 위상적 네마틱 상태의 형성 가능성을 시사하는가?

주요 결과

• 8 K 이상에서 SmB6에서 네중대칭 자기저항 진동이 관측되어 부피 피에르 표면의 C4 비대칭성을 나타낸다.
• 온도가 2.3 K로 낮아질수록 MR 진동의 C4 대칭성이 점차 약화되고 C2 대칭성이 나타난다.
• C4에서 C2로의 대칭 전이가 SmB6에서 3차원 부피 상태에서 2차원 표면 상태로의 전이를 시사한다.
• 관측된 행동은 코니오 절연체인 SmB6에서 위상적 네마틱 상태의 가능성을 암시한다.
• 이러한 발견들은 금속적 표면 상태와 대칭성 파괴된 전자 질서가 SmB6에 존재한다는 실험적 증거를 제공한다.