[논문 리뷰] Surface states and bulk electronic structure in the candidate type-II Weyl semimetal WTe2

F. Y. Bruno, A. Tamai외 14명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 08.

Topological Materials and Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 비대칭성의 없음을 갖는 비중심대칭 WTe2에서, 한 쪽 표면 종단에서 유일하게 관측된, 전도대 및 구멍 주머니를 연결하는 궤도 모양의 표면 상태를 각각 각도 분 giải 광전자 방출 분광법(ARPES)을 통해 규명하였다. 상부 및 하부 표면 간의 구분은 이 물질의 전자 구조에 오랫동안 애매하게 남아 있던 밀도 상태의 수를 명확히 하였으며, 이는 후보형 II형 와일 보존체의 특성과 부합한다.

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.

연구 동기 및 목표

• WTe2에서 밀도 상태의 수에 대한 오랫동안 애매하게 남아 있던 문제를 해결하기 위해.
• 각도 분해 광전자 방출 분광법(ARPES)을 사용하여 WTe2의 표면 상태를 규명하고 특성화하기 위해.
• 비중심대칭 WTe2 결정에서 상부 및 하부 표면의 전자 구조를 구분하기 위해.
• 표면 상태가 전도대 및 구멍 주머니를 연결하는 것이 확인되어, 형 II형 와일 보존체의 특징을 확인하기 위해.

제안 방법

• 각도 분해 광전자 방출 분광법(ARPES)을 사용하여 WTe2 표면의 전자 구조를 탐사하였다.
• 실험적으로 두 가지 다른 표면 종단이 확인되었으며, 이는 비중심대칭 결정의 상호 불일치하는 상부 및 하부 표면에 해당한다.
• 표면 상태는 두 종단 중 한 곳에서만 고립되고 분석되어 명확한 규명이 가능해졌다.
• 관측된 표면 상태를 밀도 상태 주머니와 비교함으로써 표면 상태의 위상적 성질을 검증하였다.
• 결정의 대칭성 파괴 성질을 활용하여 표면 기여를 밀도 상태와 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WTe2에 전도대 및 구멍 주머니를 연결하는 표면 상태가 존재하는가?
• RQ2 WTe2의 상부 및 하부 표면의 전자 구조는 어떻게 다른가?
• RQ3 ARPES 측정은 WTe2에서 밀도 상태 주머니의 수를 규명할 수 있는가?
• RQ4 관측된 표면 상태는 위상적으로 보호되어 있으며 형 II형 와일 보존체 행동과 일치하는가?

주요 결과

• 전도대 및 구멍 주머니를 연결하는 궤도 모양의 표면 상태가 명확히 규명되었다.
• 이 표면 상태는 실험적으로 확인된 두 종단 중 한 곳에서만 관측되었으며, 이는 상호 불일치하는 상부 또는 하부 표면에 해당한다.
• 다른 표면 상태의 존재는 WTe2에서 밀도 상태 주머니의 수를 명확히 할 수 있게 하였다.
• 표면 상태의 존재 및 국소화는 WTe2의 전자 구조가 위상적으로 특성화되어 있음을 확인한다.