[论文解读] Surface states and bulk electronic structure in the candidate type-II Weyl semimetal WTe2

F. Y. Bruno, A. Tamai+14 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2016

Topological Materials and Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用角度分辨光电子能谱法（ARPES）在WTe2中识别出一种弧状表面态，该表面态连接体相电子和空穴口袋，且仅在实验识别出的两种表面端面之一上被独特观测到。上下表面的区分明确了体相费米面片的数量，解决了该候选型二型外尔半金属电子结构长期存在的模糊性。

ABSTRACT

We report angle-resolved photoemission experiments identifying an arc-like surface state connecting the bulk electron and hole pockets of the candidate type-II Weyl semimetal WTe2. This surface state can be isolated clearly on one of two distinct surface terminations observed experimentally, which we associate with the in-equivalent top and bottom surfaces of the non-centrosymmetric crystal structure. We further use the identification of the two different surfaces to clarify the number of bulk Fermi surface sheets in WTe2.

研究动机与目标

• 解决WTe2中体相费米面片数量长期存在的模糊性。
• 利用角度分辨光电子能谱法识别并表征WTe2中的表面态。
• 区分非中心对称WTe2晶体中上下表面的电子结构。
• 确认存在一种连接体相电子和空穴口袋的表面态，这是型二型外尔半金属的标志性特征。

提出的方法

• 采用角度分辨光电子能谱法（ARPES）探测WTe2表面的电子结构。
• 实验识别出两种不同的表面端面，分别对应非中心对称晶体中不等价的上表面和下表面。
• 在两种端面之一上专门隔离并分析了表面态，实现了清晰识别。
• 将观测到的表面态与体相费米面口袋进行比较，验证了表面态的拓扑性质。
• 利用晶体的对称性破缺特性，区分了表面贡献与体相态。

实验结果

研究问题

• RQ1 WTe2中是否存在一种连接体相电子和空穴口袋的表面态？
• RQ2 WTe2上下表面的电子结构有何不同？
• RQ3 ARPES测量能否明确体相费米面片的数量？
• RQ4 观测到的表面态是否具有拓扑保护性，并与型二型外尔半金属行为一致？

主要发现

• 清晰识别出一种弧状表面态，连接WTe2中体相电子和空穴口袋。
• 该表面态仅在实验识别出的两种表面端面之一上被观测到，对应于不等价的上表面或下表面。
• 不同的表面态使体相费米面片数量在WTe2中得以明确归属。
• 表面态的存在与局域化证实了WTe2中电子结构的拓扑性质。