[论文解读] Four-fold Symmetric Magnetoresistance in Kondo Insulator SmB6

Zengji Yue, X. L. Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2013

Rare-earth and actinide compounds被引用 2

一句话总结

本研究在磁场于ab平面内旋转的SmB6单晶中报告了四重对称的磁阻（MR）振荡，揭示了在8 K以上时体相费米面具有C4简并性。当温度降低至2.3 K时，C4对称性减弱，C2对称性出现，表明从三维体相态向二维表面态的交叉转变，暗示在Kondo绝缘体SmB6中可能存在拓扑向列态。

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.

研究动机与目标

• 研究在平面内磁场旋转条件下SmB6中c轴磁阻的取向依赖性。
• 探测Kondo绝缘体SmB6中费米面的电子对称性。
• 探索在低温下SmB6中表面态的出现及可能的拓扑向列序。

提出的方法

• 在SmB6单晶上进行角度依赖的磁阻测量，磁场最高达13 T，并在ab平面内旋转。
• 测量c轴磁阻随磁场取向的变化，以检测电子结构中的对称性破缺或简并性。
• 从8 K至2.3 K进行温度依赖性测量，以观察磁阻响应中对称性的演化。
• 通过磁阻振荡的对称性分析，识别费米面上的C4和C2简并模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在较高温度下，SmB6中的磁阻在平面内磁场旋转下是否表现出四重对称性？
• RQ2 在SmB6中，磁阻响应的对称性随温度降低如何演化？
• RQ3 观察到的从C4到C2的对称性交叉转变对SmB6中电子态意味着什么？
• RQ4 在低温下，SmB6中是否存在二维表面态出现的证据？
• RQ5 所观察到的对称性破缺是否暗示在Kondo绝缘体SmB6中形成了拓扑向列态？

主要发现

• 在8 K以上观察到SmB6中四重对称的磁阻振荡，表明体相费米面具有C4简并性。
• 当温度降低至2.3 K时，磁阻振荡的C4对称性逐渐减弱，C2对称性显现。
• 从C4到C2的对称性交叉转变表明SmB6中从三维体相态向二维表面态的转变。
• 所观察到的行为暗示在Kondo绝缘体SmB6中可能存在拓扑向列态的形成。
• 这些发现为SmB6中金属表面态及对称性破缺的电子序提供了实验证据。