[论文解读] Raman Signatures of Broken Inversion Symmetry and In-plane Anisotropy in Type-II Weyl Semimetal Candidate TaIrTe4

Yinan Liu, Qiangqiang Gu+10 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2018

Inorganic Chemistry and Materials被引用 4

一句话总结

本研究利用角度分辨偏振拉曼光谱法，明确证实了TaIrTe4（一种候选型II型外尔半金属）的反演对称性破缺，并揭示了在10 K时其面内电学各向异性高达200%。该方法可实现非破坏性的晶体学取向测定，为识别和表征其他型II型外尔半金属候选材料提供了可扩展的方法。

ABSTRACT

The layered ternary compound TaIrTe4 is an important candidate to host the recently predicted type-II Weyl Fermions. However, a direct and definitive proof of the absence of inversion symmetry in this material, a prerequisite for the existence of Weyl Fermions, has so far remained evasive. Herein, an unambiguous identification of the broken inversion symmetry in TaIrTe4 is established using angle-resolved polarized Raman spectroscopy. Combining with high-resolution transmission electron microscopy, we demonstrate an efficient and nondestructive recipe to determine the exact crystallographic orientation of TaIrTe4 crystals. Such technique could be extended to the fast identification and characterization of other type-II Weyl Fermions candidates. A surprisingly strong in-plane electrical anisotropy in TaIrTe4 thin flakes is also revealed, up to 200% at 10K, which is the strongest known electrical anisotropy for materials with comparable carrier density, notably in such good metals as copper and silver.

研究动机与目标

• 为TaIrTe4中反演对称性破缺提供直接实验证据，这是实现型II型外尔费米子存在的先决条件。
• 开发一种利用拉曼光谱非破坏性测定TaIrTe4薄片晶体学取向的方法。
• 研究TaIrTe4薄片中的电学各向异性，并在低温下量化其大小。
• 建立一种可推广的技术，适用于其他型II型外尔半金属候选材料，实现快速识别与表征。

提出的方法

• 采用角度分辨偏振拉曼光谱法探测TaIrTe4晶体的对称性特性。
• 利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）验证晶体结构与取向。
• 通过改变偏振配置采集拉曼光谱，以识别对称性破缺特征。
• 分析拉曼模态的偏振依赖性，以确认反演对称性的缺失。
• 对薄片进行电输运测量，以量化面内各向异性。
• 建立拉曼特征与晶体学取向之间的关联，以实现非破坏性取向判定。

实验结果

研究问题

• RQ1 TaIrTe4是否表现出反演对称性破缺，这是实现型II型外尔费米子所必需的吗？
• RQ2 角度分辨偏振拉曼光谱能否在不使用破坏性方法的情况下确定TaIrTe4薄片的晶体学取向？
• RQ3 在低温下，TaIrTe4的面内电学各向异性大小是多少？
• RQ4 所观察到的各向异性与具有相似载流子密度的其他良好金属相比如何？

主要发现

• 通过偏振依赖的拉曼响应，明确证实了TaIrTe4中反演对称性破缺，其选择定则与中心对称结构不一致。
• 拉曼光谱与HRTEM相结合，可实现对TaIrTe4薄片晶体学取向的非破坏性且精确的测定。
• 在10 K时，TaIrTe4薄片中观察到高达200%的强面内电学各向异性，为具有类似载流子密度材料中报道的最高值。
• 该各向异性显著大于铜和银等传统金属，表明存在强烈的电子-近费米面对称性效应。
• 基于拉曼的取向测绘技术具有鲁棒性，可推广至其他层状型II型外尔半金属候选材料。
• 本研究建立了一套快速、非破坏性的协议，结合光学与结构探测手段，用于识别和表征外尔半金属候选材料。