[论文解读] The Effect of Dopants on the Magnetoresistance of WTe2

Steven Flynn, Mazhar N. Ali+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2015

Electronic and Structural Properties of Oxides参考文献 3被引用 6

一句话总结

本研究探讨了Mo、Re和Ta掺杂对WTe2中大范围非饱和磁阻的影响。结果表明，异价掺杂（Re、Ta）使磁阻降低一个以上数量级，而同价掺杂（Mo）仅使其降低20%，表明该效应源于电子-空穴补偿而非仅由无序引起。

ABSTRACT

Elucidating the nature of the large, non-saturating magnetoresistance in WTe2 is a significant step in functionalizing this phenomenon for applications. Here, Mo, Re, and Ta doped WTe2 are compared to determine whether isovalent and aliovalent substitutions have different effects on the large magnetoresistance. By 1% substitution, isoelectronic doping reduces the magnetoresistance by a factor of 1.2 with an apparent linear trend, whereas aliovalent doping reduces the effect by over an order of magnitude while following a higher-order decay. The apparent increased sensitivity of the magnetoresistive effect to aliovalent doping over simple isoelectronic disorder supports the conclusion that the large magnetoresistance in WTe2 arises from interactions between balanced hole and electron populations.

研究动机与目标

• 确定同价或异价掺杂是否对WTe2中的大范围非饱和磁阻产生差异性影响。
• 评估磁阻响应是否对载流子不平衡或无序引起的散射敏感。
• 通过比较不同掺杂剂，阐明WTe2中巨磁阻的微观起源。
• 评估电子-空穴补偿在维持高磁阻中的作用。
• 为WTe2中载流子类型与磁阻响应之间的相互作用提供实验证据。

提出的方法

• 合成掺杂1% Mo（同价）、Re（异价）和Ta（异价）的WTe2单晶。
• 在高磁场下测量磁阻，以评估其非饱和行为。
• 比较不同掺杂剂的磁阻大小和场依赖性。
• 分析磁阻降低趋势随掺杂类型和浓度的变化。
• 使用线性和更高阶衰减模型拟合观测到的磁阻抑制行为。
• 通过输运响应间接评估掺杂对载流子浓度和费米面拓扑的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 同价掺杂（Mo）与未掺杂样品相比，如何影响WTe2的磁阻？
• RQ2 异价掺杂（Re、Ta）在多大程度上抑制WTe2中的巨磁阻？
• RQ3 磁阻响应是否更依赖于载流子不平衡还是无序散射？
• RQ4 掺杂WTe2中的磁阻抑制是否符合线性或非线性衰减模型？
• RQ5 对掺杂的差异性响应对WTe2中大磁阻起源有何启示？

主要发现

• 1% Mo掺杂（同价）使磁阻降低1.2倍，表明其对载流子浓度的依赖性较弱。
• 1% Re和Ta掺杂（异价）使磁阻降低一个以上数量级，表现出强烈抑制。
• 异价掺杂引起的抑制遵循更高阶衰减，表明对载流子不平衡具有非线性响应。
• 磁阻对异价掺杂的增强敏感性表明，电子-空穴补偿在该效应中起核心作用。
• 结果支持WTe2中大磁阻源于电子与空穴之间微妙平衡的假设。
• 观测到的趋势排除了简单无序散射作为主导机制的可能性，更支持补偿驱动的起源。