Эффект холла в монокристаллах топологических полуметаллов WTe2 и MoTe2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Эффект Холла в монокристаллах топологических полуметаллов WTe2 и MoTe2 исследован в диапазоне температур от 2 до 100 К и в магнитных полях до 9 Тл. Установлено, что холловское сопротивление WTe2 нелинейно зависит от магнитного поля при температурах ниже 100 К. В то же время холловское сопротивление MoTe2 изменяется с магнитным полем по линейному закону при температурах от 2 до 25 К, а при 50 К появляется нелинейный вклад. Нелинейная полевая зависимость сопротивления Холла монокристаллов WTe2 и MoTe2 связана, наряду с известным механизмом компенсации/раскомпенсации электронных и дырочных носителей заряда, с рассеянием носителей тока на поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Перевалова

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: domozhirova@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

С. В. Наумов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: domozhirova@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Б. М. Фоминых

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: domozhirova@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

Е. Б. Марченкова

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: domozhirova@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

S. H. Liang

Hubei University

Email: domozhirova@imp.uran.ru
Китай, Wuhan

В. В. Марченков

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: march@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

Список литературы

  1. Hasan M.Z., Kane C.L. Colloquium: Topological insulators // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. P. 3045–3067.
  2. Armitage N.P., Mele E.J., Vishwanath A. Weyl and Dirac semimetals in three-dimensional solids // Rev. Mod. Phys. 2018. V. 90. P. 015001.
  3. Vergniory M.G., Elcoro L., Felser C., Regnault N., Bernevig B.A., Wang Z. A complete catalogue of high-quality topological materials // Nature. 2019. V. 566. P. 480–485.
  4. Xu S.-Y., Belopolski I., Alidoust N., Neupane M., Bian G., Zhang C., Sankar R., Chang G., Yuan Z., Lee C.-C., Huang S.-M., Zheng H., Ma J., Sanchez D.S., Wang B., Bansil A., Chou F., Shibayev P.P., Lin H., Jia S., Hasan M.Z. Discovery of a Weyl fermion semimetal and topological Fermi arcs // Science. 2015. V. 349. P. 613–617.
  5. Soluyanov A.A., Gresch D., Wang Z., Wu Q., Troyer M., Dai X., Bernevig B.A. Type-II Weyl semimetals // Nature. 2015. V. 527. P. 495–498.
  6. Sun Y., Wu S.-C., Ali M.N., Felser C., Yan B. Prediction of Weyl semimetal in orthorhombic MoTe2 // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. P. 161107(R).
  7. Huang L., McCormick T.M., Ochi M., Zhao Z., Suzuki M.-T., Arita R., Wu Y., Mou D., Cao H., Yan J., Trivedi N., Kaminski A. Spectroscopic evidence for a type II Weyl semimetallic state in MoTe2 // Nat. Mater. 2016. V. 15. P. 1155–1160.
  8. Ali M.N., Xiong J., Flynn S., Tao J., Gibson Q.D., Schoop L.M., Liang T., Haldolaarachchige N., Hirschberger M., Ong N.P., Cava R.J. Large, non-saturating magnetoresistance in WTe2 // Nature. 2014. V. 514. P. 205–208.
  9. Keum D.H., Cho S., Kim J.H., Choe D.-H., Sung H.-J., Kan M., Kang H., Hwang J.-Y., Kim S.W., Yang H., Chang K. J., Lee Y.H. Bandgap opening in few-layered monoclinic MoTe2 // Nat. Phys. 2015. V. 11. P. 482–486.
  10. Zhou Q., Rhodes D., Zhang Q.R., Tang S., Schonemann R., Balicas L. Hall effect within the colossal magnetoresistive semimetallic state of MoTe2 // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 121101(R).
  11. Li P., Wen Y., He X., Zhang Q., Xia C., Yu Z.-M., Yang S.A., Zhu Z., Alshareef H.N., Zhang X.-X. Evidence for topological type-II Weyl semimetal WTe2 // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 2150.
  12. Luo Y., Li H., Dai Y.M., Miao H., Shi Y.G., Ding H., Taylor A.J., Yarotski D.A., Prasankumar R.P., Thompson J.D. Hall effect in the extremely large magnetoresistance semimetal WTe2 // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 107. P. 182411.
  13. Pan X.-C., Pan Y., Jiang J., Zuo H., Liu H., Chen X., Wei Z., Zhang S., Wang Z., Wan X., Yang Z., Feng D., Xia Z., Li L., Song F., Wang B., Zhang Y., Wang G. Carrier balance and linear magnetoresistance in type-II Weyl semimetal WTe2 // Front. Phys. 2017. V. 12(3). P. 127203.
  14. Перевалова А.Н., Наумов С.В., Подгорных С.М., Чистяков В.В., Марченкова Е.Б., Фоминых Б.М., Марченков В.В. Кинетические свойства монокристалла топологического полуметалла WTe2 // ФММ. 2022. Т. 123. С. 1131–1137.
  15. Perevalova A.N., Naumov S.V., Marchenkov V.V. Peculiarities of the electro- and magnetotransport in semimetal MoTe2 // Metals. 2022. V. 12. P. 2089–2098.
  16. Lv Y.-Y., Cao L., Li X., Zhang B.-B., Wang K., Pang B., Ma L., Lin D., Yao S.-H., Zhou J., Chen Y.B., Dong S.-T., Liu W., Lu M.-H., Chen Y., Chen Y.-F. Composition and temperature dependent phase transition in miscible Mo1−xWxTe2 single crystals // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 44587.
  17. Zandt T., Dwelk H., Janowitz C., Manzke R. Quadratic temperature dependence up to 50 K of the resistivity of metallic MoTe2 // J. Alloys Compd. 2007. V. 442. P. 216–218.
  18. Santos-Cottin D., Martino E., Le Mardelé F., Witteveen C., von Rohr F.O., Homes C.C., Rukelj Z., Akrap A. Low-energy excitations in type-II Weyl semimetal Td-MoTe2 evidenced through optical conductivity // Phys. Rev. Mater. 2020. V. 4. P. 021201(R).
  19. Pan X.-C., Chen X., Liu H., Feng Y., Wei Z., Zhou Y., Chi Z., Pi L., Yen F., Song F., Wan X., Yang Z., Wang B., Wang G., Zhang Y. Pressure-driven dome-shaped superconductivity and electronic structural evolution in tungsten ditelluride // Nat. Commun. 2015. V. 6. P. 7805.
  20. Пирозерский А.Л., Чарная Е.В., Lee M.K., Chang L.-J., Наумов С.В., Доможирова А.Н., Марченков В.В. Магнитосопротивление и квантовые осцилляции в полуметалле WTe2 // ФТТ. 2021. Т. 63. С. 2033–2037.
  21. Волкенштейн Н.В., Глиньский М., Марченков В.В., Старцев В.Е., Черепанов А.Н. Особенности гальваномагнитных свойств компенсированных металлов в условиях статического скин-эффекта в сильных магнитных полях (вольфрам) // ЖЭТФ. 1989. Т. 95. С. 2103–1116.
  22. Cherepanov A.N., Marchenkov V.V., Startsev V.E., Volkenshtein N.V., Glin’skii M. High-field galvanomagnetic properties of compensated metals under electron-surface and intersheet electron-phonon scattering (tungsten) // J. Low. Temp. Phys. 1990. V. 80. P. 135–151.
  23. Chen F.C., Lv H.Y., Luo X., Lu W.J., Pei Q.L., Lin G.T., Han Y.Y., Zhu X.B., Song W.H., Sun Y.P. Extremely large magnetoresistance in the type-II Weyl semimetal MoTe2 // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 235154.
  24. Wu Y., Jo N.H., Mou D., Huang L., Bud’ko S.L., Canfield P.C., Kaminski A. Three-dimensionality of the bulk electronic structure in WTe2 // Phys. Rev. B. 2017. V. 95. P. 195138.
  25. Luo X., Chen F.C., Zhang J.L., Pei Q.L., Lin G.T., Lu W.J., Han Y.Y., Xi C.Y., Song W.H., Sun Y.P. Td-MoTe2: A possible topological superconductor // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 102601.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фрагменты рентгенограмм, снятых с поверхности монокристаллов WTe2 и MoTe2

Скачать (133KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анализ химического состава монокристаллов WTe2 и MoTe2 на участках поверхности, показанных на соответствующих вставках. Соотношение W и Te составляет 33.17 и 66.83 ат. %. Соотношение Mo и Te составляет 33.01 и 66.99 ат. %

Скачать (199KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурные зависимости электросопротивления ρ(T) монокристаллов WTe2 и MoTe2 в диапазоне температур от 2 до 290 К

Скачать (174KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Полевые зависимости холловского сопротивления ρxy(B) монокристалла WTe2 при температурах от 2 до 100 К в полях до 9 Тл

Скачать (165KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Полевые зависимости холловского сопротивления ρxy(B) монокристалла MoTe2 при температурах от 2 до 50 К в полях до 9 Тл

Скачать (143KB)
Метаданные