[论文解读] Angular dependent magnetoresistance evidence for robust surface state in Kondo insulator SmB6
本研究通过高达55 T的角依赖性和温度依赖性磁阻测量，为重费米子绝缘体SmB6中存在稳健的二维表面态提供了直接证据。在5 K以下观察到的交叉行为在不同晶面间均得到确认，支持电阻饱和源于拓扑表面态，通过双通道模型提取出体相能隙的临界磁场为196 T，进一步支持了拓扑重费米子绝缘体的图像。
Recently, the resistance saturation at low temperature in Kondo insulator SmB6, a long-standing puzzle in condensed matter physics, was proposed to originate from topological surface state. Here,we systematically studied the magnetoresistance of SmB6 at low temperature up to 55 Tesla. Both temperature- and angular-dependent magnetoresistances show a similar crossover behavior below 5 K. Furthermore, the angular-dependent magnetoresistance on different crystal face confirms a two-dimensional surface state as the origin of magnetoresistances crossover below 5K. Based on two-channels model consisting of both surface and bulk states, the field-dependence of bulk gap with critical magnetic field (Hc) of 196 T is extracted from our temperature-dependent resistance under different magnetic fields. Our results give a consistent picture to understand the low-temperature transport behavior in SmB6, consistent with topological Kondo insulator scenario.
研究动机与目标
- 解决Kondo绝缘体SmB6在低温下电阻饱和这一长期存在的谜题。
- 确定低温输运行为是否源于拓扑表面态而非体相效应。
- 利用高场磁电输运测量，量化SmB6中体相能隙的场依赖性。
- 通过不同晶面的角依赖性磁阻测量，确认表面态的二维特性。
提出的方法
- 在高达55特斯拉的磁场下对SmB6进行低温磁阻测量，以探测高场输运行为。
- 在多个晶面方向上进行角依赖性磁阻测量，以识别表面态的各向异性。
- 通过在不同磁场下分析温度依赖性电阻，提取体相能隙的临界磁场（Hc）。
- 应用双通道模型，结合表面态与体相导电，以分离磁阻中的贡献。
- 将磁阻中的交叉行为作为5 K以下表面态主导的特征。
- 通过比较不同晶面的角依赖性，确认表面态的二维特性。
实验结果
研究问题
- RQ1SmB6在低温下的电阻饱和是否源于拓扑表面态？
- RQ2SmB6中体相能隙的场依赖性如何？其临界磁场（Hc）是多少？
- RQ3磁阻的角依赖性如何证实表面态的二维特性？
- RQ4在5 K以下的磁阻交叉行为中，表面态与体相态的贡献程度如何？
- RQ5双通道模型能否定量解释SmB6中的低温输运行为？
主要发现
- 角依赖性和温度依赖性磁阻在5 K以下表现出一致的交叉行为，表明表面态贡献占主导地位。
- 在不同晶面的磁阻角依赖性测量中，确认了二维表面态的存在。
- 通过结合表面态与体相态的双通道模型，成功解释了观测到的磁阻行为，体相能隙的临界磁场（Hc）为196 T。
- 表面态在高达55 T的磁场下仍保持稳健，表明具有强拓扑保护。
- 低温下的电阻饱和可被表面态一致解释，支持拓扑重费米子绝缘体的图像。
- 通过高磁场下温度依赖性电阻的测量，定量提取了体相能隙的场依赖性。
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