Die Ladungsdynamik eines nichtzentrosymmetrischen magnetischen Weyl-Halbmetalls

In Arbeit veröffentlicht in npj Quantenmaterialienhat ein Team unter der Leitung von Prof. Leonardo Degiorgi vom Departement Physik der ETH Zürich die Breitbandladungsdynamik (d. h. die optische Längsleitfähigkeit) des ferromagnetischen (FM), nicht zentrosymmetrischen PrAlGe-Materials untersucht. Sie offenbaren seine elektronische Umgebung, basierend auf korrelierten Weyl-Zuständen, die eine ungewöhnlich große anomale Hall-Leitfähigkeit (AHC) bei niedrigen Temperaturen begünstigt. Die Forscher schlagen daher einen geeigneten experimentellen Ansatz vor, um die relevanten Bestandteile der elektronischen Struktur aufzuspüren, wobei erhebliche Berry-Krümmungen verwendet werden, die für AHC unverzichtbar sind.

Die Familie der nichtzentrosymmetrischen RAlGe-Materialien (R = seltene Erden) ist ein geeignetes Gebiet, um unser Wissen über neuartige topologische Zustände zu erweitern, die alle Arten von Weyl-Halbmetallen abdecken, einschließlich Typ I, Typ II, Inversion und Zeitumkehrbruch Symmetrie, abhängig von der Wahl des Seltenerdelements. PrAlGe ist von besonderer Relevanz, da es sowohl die Rauminversions- als auch die Zeitumkehrsymmetrie bricht, was zur Bildung von Paaren von Typ-I-Weyl-Knoten führt.

Die Arbeit präsentiert Messungen des optischen Reflexionsvermögens, gesammelt vom fernen Infrarot (FIR) bis zum Ultraviolett bei nahezu normalem Einfall als Funktion der Temperatur, was die Voraussetzung ist, um eine zuverlässige Kramers-Kronig-Transformation der gemessenen Größe durchzuführen, was den Zugang ermöglicht zu allen optischen Funktionen. Die Diskussion der Autoren wird dann durch dezidierte First-Principles-Berechnungen der elektronischen Bandstruktur unterstützt.

Sie entdecken, dass elektronische Korrelationen bei sinkender Temperatur verstärkt werden und eine Renormalisierung der nicht-trivialen Bänder induzieren, die die Weyl-Knoten beherbergen. Dies spiegelt sich in einer beträchtlichen Verringerung der Fermi-Geschwindigkeit in Bezug auf den Bare-Band-Wert wider. Im FM-Zustand bildet die Ladungsdynamik eine Bandrekonstruktion ab, die zusätzlich eine Umordnung des spektralen Gewichts im FIR bewirkt. Dies zeigt das verstärkte Matrixelement dipolaktiver Anregungen in Bezug auf nicht-triviale Zustände, für die eine große effektive Berry-Krümmung vorhergesagt werden kann.

Diese Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Gruppen am Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe, Dresden, Deutschland; und RIKEN, Wako, Japan; an der Universität Freiburg; am Brookhaven National Laboratory und an der Stony Brook University, Stony Brook, USA; und an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Peking, China, und dem South Bay Interdisziplinären Wissenschaftszentrum, Dongguan, China.