[论文解读] Observation of chiral magneto-transport in RPtBi topological Heusler compounds

Chandra Shekhar, Ajaya K. Nayak+15 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2016

Topological Materials and Phenomena参考文献 38被引用 10

一句话总结

本研究报道了在R³PtBi（R = 稀土元素）拓扑Heusler化合物中观测到手性磁电输运现象，通过角分辨量子振荡测量和输运各向异性，证实了手征异常驱动的负磁阻效应。关键发现是在体材料体系中明确观测到手征费米子的存在，其证据来自高磁场下稳健的负磁阻效应以及手征Landau能级分裂。

ABSTRACT

Observation of chiral magneto-transport in RPtBi topological Heusler compounds Chandra Shekhar, Ajaya K. Nayak, Sanjay Singh, Nitesh Kumar, Shu-Chun Wu, Yang Zhang, Alexander C. Komarek, Erik Kampert, Yurii Skourski, Jochen Wosnitza, Walter Schnelle, Alix McCollam, Uli Zeitler, Jurgen Kubler, S. S. P. Parkin, Binghai Yan, C. Felser Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, 01187 Dresden, Germany Max Planck Institute of Microstructure Physics, 06120 Halle, Germany Leibniz-Institut fur Festkorperund Werkstoffforschung 01069 Dresden, Germany Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD-EMFL), Helmholtz-Zentrum DresdenRossendorf, 01328 Dresden, Germany High Field Magnet Laboratory (HFML EMFL), Radboud University, Toernooiveld 7, 6525 ED, Nijmegen, The Netherlands. Institut fur Festkorperphysik, Technische Universitat Darmstadt, 64289 Darmstadt, Germany Institute of Condensed Matter Physics and Photon Science, ShanghaiTech University, Shanghai 200031, China Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, 01187 Dresden, Germany

研究动机与目标

• 通过输运测量研究RPtBi拓扑Heusler化合物中手征费米子的存在。
• 确定在高磁场下手征异常效应是否在体相RPtBi材料中显现。
• 探索反映手征费米子行为的各向异性输运响应和量子振荡。
• 建立电子结构拓扑性与Heusler化合物中可观测磁电输运现象之间的关联。
• 为具有高结构和电子稳定性的体结晶系统中手征费米子的存在提供实验证据。

提出的方法

• 在低至20 mK的低温下，于高达35 T的高磁场中进行高精度电输运测量。
• 测量磁阻的角依赖性，以探测手征异常和Landau能级分裂。
• 进行角分辨de Haas-van Alphen（Shubnikov–de Haas）振荡测量，以提取费米面拓扑结构。
• 通过负磁阻及其对磁场取向的依赖性分析手征异常。
• 利用从头算计算，将观测到的输运各向异性与电子能带结构相关联。
• 将实验结果与Heusler化合物中手征费米子态的理论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 RPtBi Heusler化合物是否表现出与手征异常一致的手性磁电输运特征？
• RQ2 RPtBi中磁阻的角依赖性如何？其行为如何反映手征费米子特性？
• RQ3 量子振荡测量能否分辨出这些材料中的手征Landau能级分裂？
• RQ4 RPtBi的电子能带结构如何支持手征费米子的存在？
• RQ5 晶体对称性和自旋-轨道耦合在稳定RPtBi中手征费米子态方面起到何种作用？

主要发现

• 在高磁场下，RPtBi中观测到明显的负磁阻，表明存在手征异常效应。
• 磁阻各向异性强烈依赖于磁场取向，与手征费米子输运行为一致。
• 量子振荡测量揭示了具有大有效质量的费米面，并提供了手征Landau能级分裂的证据。
• 角分辨输运数据表明，不同磁场倾斜角度下磁阻表现出显著不对称性，支持手征费米子行为。
• 从头算计算证实了在费米能级附近存在类型-II外尔费米子和手征费米子态。
• 观测到的手征异常在多个RPtBi样品中均表现稳健，表明其为本征的体电子响应。