[논문 리뷰] Planar Hall effect in type-II Weyl semimetal WTe2

Y. J. Wang, Jiangwei Gong외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 18.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 28인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 타입-II 와일 보존체 WTe2에서 거대한 평면 홀 효과의 첫 실험적 관측을 보고하며, 이 효과가 와일 페르미온의 아드러-벨-자키 위상 이상에 기인함을 입증한다. 평면 홀 효과는 타입-II 와일 보존체에서 위상적 성질을 탐지하는 강건하고 실험적으로 접근 가능한 탐사 수 Mittel임을 보여주며, 희미한 음의 자기저항보다 더 신뢰할 수 있는 대안을 제공한다.

ABSTRACT

Adler-Bell-Jackiw chiral anomaly is a representative feature arising from the topological nature in topological semimetal. We report the first experimental observation of giant planar Hall effect in type-II Weyl semimetal WTe2. Our comprehensive analyes of the experimental data demonstrate that the detected planar Hall effect is originated from the chiral anomaly of Weyl fermions. Unlike the somewhat elusive negative magnetoresistance, the planar Hall effect is robust and easy to be detected in type-II Weyl semimetal. This work reveals that the planar Hall effect is an effective transport probe to determine the topological nature of topological semimetals, especially in type-II Weyl semimetals.

연구 동기 및 목표

• 타입-II 와일 보존체 WTe2에서 평면 홀 효과를 실험적으로 탐지하고 특성화하는 것.
• 관측된 평면 홀 효과와 와일 페르미온의 아드러-벨-자키 위상 이상 사이의 직접적 연관성을 확립하는 것.
• 평면 홀 효과가 음의 자기저항보다 위상적 질서를 탐지하는 데 더 강건하고 접근 가능한 실험적 탐사 수 Mittel임을 보여주는 것.
• 운반 측정을 통해 WTe2의 위상적 성질에 대한 결정적인 증거를 제공하는 것.

제안 방법

• 전류 및 샘플 평면에 대해 다양한 자기장 방향에서 단결정 WTe2의 전기 운반 성질을 측정하는 것.
• 전류 및 샘플 평면에 대해 자기장 방향을 체계적으로 변화시켜 평면 홀 반응을 탐색하는 것.
• 자기장 각도 및 크기 함수로서의 평면 홀 저항 분석을 통해 위상 이상 기여를 분리하는 것.
• 타입-II 와일 보존체에서 위상 이상에 의해 유도된 평면 홀 효과에 대한 이론 예측과 실험 데이터를 비교하는 것.
• 평면 홀 신호의 각도 의존성을 활용해 배경 효과에서 위상적 기여를 구분하는 것.
• 불순물의 영향을 최소화하고 신호 명료도를 향상시키기 위해 고품질 단결정을 사용하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 타입-II 와일 보존체 WTe2에서 평면 홀 효과를 실험적으로 관측할 수 있는가?
• RQ2 관측된 평면 홀 효과는 와일 페르미온의 위상 이상에 직접 기인하는가?
• RQ3 평면 홀 효과는 위상적 질서를 탐지하는 데 음의 자기저항과 비교하여 어떻게 다를까?
• RQ4 WTe2에서 평면 홀 신호의 각도 의존성은 무엇이며, 이는 어떻게 위상 이상 물리학을 확인하는가?
• RQ5 평면 홀 효과는 위상 보존체 상의 신뢰할 수 있고 강건한 지표로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• WTe2에서 거대한 평면 홀 효과가 실험적으로 관측되었으며, 자기장 방향에 대한 명확한 각도 의존성이 확인되었다.
• 평면 홀 신호는 자기장 방향과 크기 의존성으로 인해 위상 이상과 강하게 연관되어 있음을 확인하였다.
• 관측된 평면 홀 효과는 큰 음의 자기저항이 없더라도 강건하고 재현 가능하다.
• 외부 불순물이나 기하학적 효과와 같은 전통적인 평면 홀 효과 기원을 배제할 수 있었다.
• 평면 홀 효과는 음의 자기저항보다 위상적 질서의 더 실험적으로 접근 가능한 서명을 제공한다.
• 결과는 WTe2가 위상 이상에 의해 유도된 운반 성질을 갖는 와일 페르미온을 포함하고 있으며, 이는 타입-II 와일 보존체로의 분류를 확인함으로써 검증되었다.