[论文解读] Drastic pressure effect on the extremely large magnetoresistance in WTe2
本研究通过量子振荡测量， investigates WTe₂ 单晶中极端大磁阻（XMR）的压强依赖性。研究识别出四个费米面，其中两个电子和空穴口袋在高压下仍能持续存在；XMR 从常压下的 1.25×10⁵% 急剧下降至 23.6 kbar 压强下的 7.47×10³%，表明 XMR 源于电子与空穴载流子浓度之间的微妙平衡。
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$_2$.
研究动机与目标
- 研究 WTe₂ 单晶中极端大磁阻（XMR）的压强依赖性。
- 确定费米面拓扑在高压下的演化过程及其对 XMR 的影响。
- 检验完美电子-空穴补偿是 WTe₂ 中 XMR 的成因这一假设。
- 通过量子振荡（Shubnikov-de Haas）分析，识别并追踪高压下的费米面口袋。
提出的方法
- 在常压和高压（最高达 23.6 kbar）条件下，对 WTe₂ 单晶进行了量子振荡测量。
- 通过分析 Shubnikov-de Haas 振荡，提取费米面参数，如口袋尺寸和有效质量。
- 在 0.3 K 和 14.5 T 条件下，测量不同压强下的磁阻，以评估 XMR 的抑制情况。
- 将费米面演化与磁阻变化进行对比，关联电子结构与输运响应。
- 利用角度依赖磁阻测量，确认费米面拓扑结构及口袋识别结果。
- 应用 Lifshitz-Kosevich 分析，从量子振荡中提取振荡频率和有效质量。
实验结果
研究问题
- RQ1通过量子振荡测量，高压如何影响 WTe₂ 中的费米面拓扑结构？
- RQ2WTe₂ 中极端大磁阻的压强依赖性如何？
- RQ3在高压下，电子和空穴费米面口袋是否仍保持平衡？
- RQ4磁阻在高压下急剧降低，是否可由费米面几何形状或载流子浓度的变化来解释？
主要发现
- 通过 Shubnikov-de Haas 振荡在 WTe₂ 中识别出四个不同的费米面口袋。
- 其中两个费米面口袋——电子和空穴口袋——在高达 23.6 kbar 的压强下仍能持续存在。
- 在常压下，这两个口袋的尺寸相近，但随着压强增加，其尺寸开始出现显著差异。
- 在 0.3 K 和 14.5 T 条件下，磁阻从常压下的 1.25×10⁵% 下降至 23.6 kbar 压强下的 7.47×10³%。
- 磁阻的急剧下降与高压下电子与空穴费米面载流子数量的不平衡性增加密切相关。
- 结果支持 XMR 在 WTe₂ 中源于电子与空穴载流子近乎完美的补偿机制。
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