[논문 리뷰] Temperature Dependence of Charge Transport in an Undoped Weyl Semimetal - Y 2 Ir 2 O 7

Patrick G. LaBarre, Lin Dong외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 22.

Advanced Condensed Matter Physics인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 덴드라이드 Y₂Ir₂O₇, 즉 와일 세미메탈에서 열적으로 자극된 운반자에 의해 스크리닝되는 무작위 쿠론 위치에 대한 이론 예측과 일치하는 네 개의 온도 범위에 걸쳐 ρ ∝ T⁻⁴의 저항률 스케일링을 나타낸다. 관측된 스케일링은 Ioffe-Regel 기준이 위반되는 고저항 영역에서도 유지되며, 강한 전자 상관관계를 지닌 나쁜 와일 세미메탈의 특성 있는 거동을 나타낸다.

ABSTRACT

An undoped Weyl Semimetal (WSM) is predicted to exhibit resistivity varying with temperature as $ ho \space \alpha \space T^{-4}$ in the presence of a random Coulomb potential screened by thermally generated charge carriers. Here we show that, in closed environment grown polycrystalline samples of the WSM Y2Ir2O7, $ ho = ho_0 T^{-4}$ over four orders of magnitude in $ ho$. The prefactor, $ ho_0$, agrees with theoretical estimates within the random potential model using reasonable materials parameters. The model works well beyond its range of applicability, extending into the high-resistivity region where the Ioffe-Regel parameter, $k_T\ell << 2\pi$. The importance of strong electron correlations suggests this is behavior characteristic of a bad-WSM.

연구 동기 및 목표

• undoped Weyl semimetal인 Y₂Ir₂O₇에서의 전하 운반의 온도 의존성을 조사하기 위해.
• 무작위 쿠론 위치 하에서 예측된 ρ ∝ T⁻⁴ 스케일링이 실제 물질 체계에서 성립하는지 테스트하기 위해.
• Ioffe-Regel 파라미터가 2π보다 훨씬 작은 고저항 영역에서 무작위 위치 모델의 타당성을 검토하기 위해.
• 강한 전자 상관관계가 Weyl 세미메탈에서 운반 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 넓은 온도 범위에서 밀폐된 환경에서 성장한 다결정성 Y₂Ir₂O₇ 시료의 전기 저항률 ρ 측정.
• 저항률 데이터를 ρ = ρ₀T⁻⁴ 형태로 피팅하여 프리팩터 ρ₀를 추출하고 이론 예측을 검증.
• 실제 물질 물성치를 사용한 무작위 쿠론 위치 모델 기반 이론적 추정치와 추출된 ρ₀를 비교.
• 고저항 영역에서 확산 운반 모델의 적용 가능성을 평가하기 위해 Ioffe-Regel 파라미터 kTℓ를 평가.
• 열적으로 생성된 운반자 존재 시 산란을 기술하기 위해 무작위 위치 모델을 사용.
• 모델의 기존 유효 범위를 초월한 운반 거동 분석을 통해 그 적용 범위의 한계를 탐색.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 undoped Y₂Ir₂O₇에서의 저항률이 무작위 쿠론 위치 하에서 예측된 T⁻⁴ 스케일링을 따르는가?
• RQ2 Ioffe-Regel 파라미터 kTℓ가 2π보다 훨씬 작은 고저항 영역에서 무작위 위치 모델이 운반을 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ3 doping이 없는 조건에서 강한 전자 상관관계가 Weyl 세미메탈의 운반 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 ρ ∝ T⁻⁴ 스케일링이 실질적인 물질 물성치를 기반으로 한 이론적 추정치와 일치하는가?
• RQ5 이 모델은 그 예상 적용 범위를 초월한 Weyl 세미메탈의 운반 거동을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• undoped Y₂Ir₂O₇의 저항률은 저항률의 네 개의 온도 범위에 걸쳐 ρ = ρ₀T⁻⁴를 따르며, 이는 예측된 스케일링을 확인한다.
• 추출된 프리팩터 ρ₀는 합리적인 물질 물성치를 사용한 무작위 쿠론 위치 모델 기반 이론적 추정치와 정량적으로 일치한다.
• Ioffe-Regel 파라미터 kTℓ가 2π보다 현저히 작은 고저항 영역에서도 모델이 유효하며, 이는 전통적인 확산 운반의 붕괴를 나타낸다.
• 나쁜 금속 영역에서도 T⁻⁴ 스케일링이 유지되는 것은 강한 전자 상관관계가 관측된 운반 거동에 필수적임을 시사한다.
• 결과는 Y₂Ir₂O₇가 강한 상관관계가 운반 물리학를 지배하는 나쁜 Weyl 세미메탈로 분류될 수 있음을 지지한다.