[論文レビュー] Temperature Dependence of Charge Transport in an Undoped Weyl Semimetal - Y 2 Ir 2 O 7

Patrick G. LaBarre, Lin Dong+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2018

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、ドーピングされていない Y₂Ir₂O₇（ウェイル半金属）が、熱的に励起されたキャリアによるランダムクーロンポテンシャルのスクリーニングと整合する理論的予測に従い、抵抗率が四つの抵抗率オーダーにわたり ρ ∝ T⁻⁴ としてスケーリングすることを示している。観測されたスケーリングは、Ioffe-Regel基準が満たされない高抵抗率領域でも成立しており、強い電子相関が支配する悪いウェイル半金属の性質を示している。

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.

研究の動機と目的

• ドーピングされていないウェイル半金属、特に Y₂Ir₂O₇ における電荷輸送の温度依存性を調査すること。
• ランダムクーロンポテンシャル下での予測された ρ ∝ T⁻⁴ スケーリングが、実際の物質系で成立するかを検証すること。
• Ioffe-Regelパラメータが 2π よりも著しく小さい高抵抗率領域におけるランダムポテンシャルモデルの妥当性を検討すること。
• 強い電子相関がウェイル半金属における輸送特性をどのように決定するかを評価すること。

提案手法

• 広い温度範囲にわたり、閉じた環境で成長された多結晶 Y₂Ir₂O₇ サンプルの電気的抵抗率 ρ を測定すること。
• 抵抗率データを ρ = ρ₀T⁻⁴ の形にフィットさせ、比例係数 ρ₀ を抽出し、理論的予測の妥当性を検証すること。
• 現実的な物性パラメータを用いたランダムクーロンポテンシャルモデルに基づく理論的推定値と抽出された ρ₀ を比較すること。
• 高抵抗率領域における拡산輸送モデルの適用可能性を評価するために、Ioffe-Regelパラメータ kTℓ を評価すること。
• 熱的に生成された電荷キャリアの存在下での散乱を記述するためにランダムポテンシャルモデルを用いること。
• 従来の有効範囲外の輸送行動を分析し、モデルの適用限界を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピングされていない Y₂Ir₂O₇ の抵抗率は、ランダムクーロンポテンシャル下で予測された T⁻⁴ スケーリングに従うか？
• RQ2 Ioffe-Regelパラメータ kTℓ が 2π よりも著しく小さい高抵抗率領域において、ランダムポテンシャルモデルは輸送をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 ドーピングが行われない状態で、強い電子相関はウェイル半金属の輸送特性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 観測された ρ ∝ T⁻⁴ スケーリングは、現実的な物性パラメータに基づく理論的推定値と整合するか？
• RQ5 このモデルは、その予想される適用範囲を超えてウェイル半金属の輸送行動を説明できるか？

主な発見

• ドーピングされていない Y₂Ir₂O₇ の抵抗率は、抵抗率の四つのオーダーにわたり ρ = ρ₀T⁻⁴ に従い、予測されたスケーリングが確認された。
• 抽出された比例係数 ρ₀ は、妥当な物性パラメータを用いたランダムクーロンポテンシャルモデルに基づく理論的推定値と定量的に一致した。
• Ioffe-Regelパラメータ kTℓ が 2π よりも著しく小さい高抵抗率領域においてもモデルが有効であることが示され、従来の拡散輸送の破綻を示している。
• 悪い金属領域においても T⁻⁴ スケーリングが維持されることから、強い電子相関が観測された輸送行動の本質的要因であることが示唆された。
• これらの結果は、Y₂Ir₂O₇ が強い相関が輸送物理学を支配する悪いウェイル半金属として分類されることを支持している。