[논문 리뷰] Magneto-optical transport in type-II Weyl semimetals in the presence of orbital magnetic moment

Panchlal Prabhat, Amit Gupta|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 04.

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한 줄 요약

이 논문은 갭이 없는 type-II Weyl 준입자에서 선형 및 비선형 자기광학적 수송을 분석하고, 궤도 자기 모멘트가 총 자기전도도를 부분적으로 상쇄하는 비자명한 항을 유도하며, type-I보다 더 강하게 억제된다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

The magneto-optical transport of gapless type-I tilted single Weyl semimetals(WSMs) exhibits suppression of total magnetoconductivities in the presence of orbital magnetic moment(OMM) in linear and nonlinear responses (Yang Gao et al., Phys. Rev. B {\bf 105}, 165307 (2022)). In this work, we extend our study to investigate magnetoconductivities in gapless type-II Weyl semimetals within the semiclassical Boltzmann approach and show the differences that arise compared to type-I Weyl semimetals.

연구 동기 및 목표

• 틸트된 타입-II Weyl 준입자에서의 자기광학적 수송을 동기부여하고 이해한다.
• 앞선 type-I 분석을 type-II로 확장하고 결과를 비교한다.
• 궤도 자기 모멘트를 포함한 선형 및 비선형 자기전도도에 대한 해석식 도출.
• 틸트와 카이라리티가 선형(B) 및 2차(B^2) 자기전도도 기여에 어떤 영향을 주는지 탐구한다.

제안 방법

• z 축으로 틸트된 비상호작용 Weyl 준입자 해밀토니안을 사용한다.
• Berry 곡률 및 궤도 자기 모멘트 보정이 반영된 세미클래식 볼츠만 방정식을 적용한다.
• D = 1 + (e/ħ) Ω·B인 위상공간 인자를 구현하고 r과 k의 비결합 운동 방정식을 도입한다.
• 전기장에 대한 거듭제곱으로 분포함수를 전개하여 선형 및 비선형 응답을 얻는다.
• B 및 B^2 항 하에서 Berry-curvature (Ω) 및 orbital-moment (m_k) 기여를 포함하는 전도도 식을 도출하고, B가 tilt에 평행하고 수직일 때를 각각 다룬다.
• 타입-I 및 타입-II 틸트를 모두 분석하고 대칭성 관련 상쇄를 논의한다.

Figure 1: The dependence of the optical conductivity on the tilt $t_{+}$ at zero B field for (a) type-I WSM and(b)type-II WSM. The other parameters are taken as $\tilde{\Lambda}_{k}=4$ , $v_{F}=4.13\times 10^{5}$ m / s, $\mu=1meV$ , and $\tau=10^{-13}s$ .

실험 결과

연구 질문

• RQ1 궤도 자기 모멘트가 갭이 없는 type-II Weyl 준입자에서 선형 및 비선형 응답에서 자기전도도에 어떤 변화를 만드는가.
• RQ2 틸트 및 OMM 존재 하에서 B 선형 및 B^2 자기전도도에 대해 타입-II와 타입-I Weyl 준입자 간의 차이는 무엇인가.
• RQ3 Berry-curvature 및 orbital-moment 기여가 다양한 전기장 구성(B || t_s 및 B ⟂ t_s)에서 어떻게 경쟁하거나 서로 상쇄하는가?
• RQ4 타입 II의 쌍대 손가락 대칭에서 Weyl 노드의 반 손가락 특성으로 총 자기전도도가 달라지는가?
• RQ5 타입-II Weyl 준입자에서 선형과 2차 (B) 기여에서 페르미에너지와 컷오프의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• 궤도 자기 모멘트가 총 자기전도도에 부분적으로 상쇄하는 비자명한 자기전도 항을 유도한다.
• 상쇄 효과는 type-II WSM에서 type-I WSM보다 더 두드러지게 나타난다.
• 선형-B 자기전도도는 특정 틸트 구성에서(카이라리티 및 대칭에 따라) 0이 될 수 있지만, 틸트가 반대일 때는 여전히 0이 아니다.
• 2차-B 기여에서 Berry-곡률과 OMM 부분은 type-I에서는 서로 상쇄할 수 있지만 type-II에서는 그렇지 않아 방향에 따라 전도도가 증가하거나 감소한다.
• 평면 홀 전도도는 Berry-curvature 및 orbital-moment 항 둘 다에서 기인하며 일반적으로 OMM에 의해 억제된다.
• B^2 항에서의 총 자기전도도는 type-I과 type-II WSM 사이에 서로 다른 틸트 의존적 거동을 보이며, type-II가 더 적은 상쇄와 컷오프 매개변수에 대한 의존성을 보인다.

Figure 2: The frequency dependence of optical conductivity at zero B-field for (a) type-I WSM at $t_{s}=0.5$ and (b) type -II WSM at $t_{s}=1.3$ .The other parameters are the same as those of Fig. ( 1 )