[论文解读] 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 1

一句话总结

本研究证明，未掺杂的Y₂Ir₂O₇（一种外尔半金属）表现出电阻率随温度呈现ρ ∝ T⁻⁴的标度行为，覆盖四个数量级的电阻率范围，与随机库仑势被热激发载流子屏蔽的理论预测一致。即使在违反Ioffe-Regel判据的高电阻率区域，该标度关系依然成立，表明其行为特征符合强电子关联主导的不良外尔半金属。

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.

研究动机与目标

• 研究未掺杂外尔半金属（特别是Y₂Ir₂O₇）中电荷输运的温度依赖性。
• 检验在真实材料体系中，随机库仑势下预测的ρ ∝ T⁻⁴标度关系是否成立。
• 检验在Ioffe-Regel参数远小于2π的高电阻率区域，随机势模型的有效性。
• 评估强电子关联在决定外尔半金属输运行为中的作用。

提出的方法

• 在宽温区内测量密闭环境中生长的多晶Y₂Ir₂O₇样品的电阻力ρ。
• 将电阻率数据拟合为ρ = ρ₀T⁻⁴的形式，以提取前因子ρ₀并检验理论预测。
• 将提取出的ρ₀与基于随机库仑势模型、采用合理材料参数的理论估算值进行比较。
• 评估Ioffe-Regel参数kTℓ，以判断在高电阻率区域扩散输运模型的适用性。
• 利用随机势模型描述热生成载流子存在下的散射行为。
• 分析该模型在传统有效范围之外的输运行为，以探究其适用性的极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 未掺杂Y₂Ir₂O₇中的电阻率是否遵循随机库仑势下的预测T⁻⁴标度？
• RQ2 在kTℓ ≪ 2π的高电阻率区域，随机势模型在多大程度上能描述输运行为？
• RQ3 在无掺杂条件下，强电子关联如何影响外尔半金属的输运性质？
• RQ4 所观测到的ρ ∝ T⁻⁴标度是否与基于合理材料参数的理论估算一致？
• RQ5 该模型能否解释外尔半金属中超出其预期适用范围的输运行为？

主要发现

• 未掺杂Y₂Ir₂O₇的电阻率在四个数量级的电阻率范围内遵循ρ = ρ₀T⁻⁴，证实了预测的标度关系。
• 提取出的前因子ρ₀与基于随机库仑势模型、采用合理材料参数的理论估算值在定量上一致。
• 即使在Ioffe-Regel参数kTℓ显著小于2π的高电阻率区域，该模型依然有效，表明常规扩散输运机制已失效。
• 在不良金属区域中T⁻⁴标度的持续存在表明，强电子关联对外观测输运行为至关重要。
• 结果支持将Y₂Ir₂O₇归类为不良外尔半金属，其中强关联效应主导输运物理行为。