Observation of the basic properties and the nonlinear Hall effect in the half-Heusler Weyl semimetal GdPtBi
- 주제어 (키워드) GdPtBi , Weyl semimetal , nonlinear Hall effect , Berry curvature dipole , topology , inversion symmetry , Time-reversal symmetry , magnetization
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정명화
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066640
- UCI I804:11029-000000066640
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Hall effect is the phenomenon that the voltage difference occurs when the transverse current is applied. The essential condition for this effect is a time-reversal symmetry (TRS) breaking, which corresponds to either the existence of a magnetic field or magnetization. These results in the normal Hall effect or anomalous Hall effect, respectively. Recently, a new type of Hall effect has been discovered, called the nonlinear Hall effect (NLHE). The NLHE shows nonlinear dependence on the applied current. One of the remarkable origins of this effect is the Berry curvature dipole., which is related to the inversion symmetry broken system. Thus, the NLHE originated from this can exist even in the time-reversal symmetric system. We observed a quadratic nonlinear hall effect (NLHE) in a bulk sample of a half-Heusler Weyl semimetal GdPtBi. It is an inversion symmetry broken material that has a Weyl-like band structure by Zeeman splitting in the external magnetic field. The NLHE is observed without an external magnetic field and shown an anisotropy for the crystal axis, which contrasts to the standard Hall effect. Also, it manifests a clear tendency when the external magnetic field is applied. Interestingly, the anisotropy for the crystal axis exists in the odd term of the nonlinear Hall voltage. We explain this aspect from the induced magnetization, which is related to the Berry curvature dipole.
more초록 (요약문)
일반적인 홀 효과는 횡전류가 가해졌을 때 수직 방향으로 전압 차이가 발생하는 현상이다. 이 효과의 필수 조건은 외부 자기장 또는 결정 구조의 내재적인 자화의 존재이며, 이는 시간 역전 대칭성의 붕괴와 직접적으로 연관된다. 이것은 각각 정상 홀 효과와 비정상 홀효과를 야기한다. 최근, 고체물리학계의 최신 연구 동향에 따라 새로운 종류의 홀 효과인 비선형 홀 효과가 대두되었다. 비선형 홀 효과는 인가 전류에 대한 비선형 의존성을 보이는 신호이다. 이 효과의 가장 주목할 만한 기원은 베리 곡률 쌍극자이다. 이 위상 물리량은 반전 대칭성이 붕괴와 밀접하게 연관되어 있다고 보고되어 왔다. 따라서 이는 시간 역전 대칭성 붕괴가 필수적이었던 기존의 홀 효과와 달리, 시간 역전 대칭성이 보존되는 시스템에서도 존재할 수 있다. 본 연구는 하프 호이슬러 바일 준금속인 GdPtBi 벌크 결정에서 2차항 비선형 홀 효과의 관찰을 보고한다. GdPtBi은 반전 대칭성이 붕괴된 결정 구조를 가지는 물질로서 자기장을 인가함에 따라 제로-갭 반도체에서 지만 커플링에 의한 밴드 갈라짐으로 바일 준금속의 밴드 구조로 전이되는 특성을 가진다. 본 연구에서는 반전 대칭성이 붕괴된 결정면에서 전류 인가 방향에 따른 비선형 홀 효과 신호의 비등방성을 관찰하였으며, 자기장의 유무에 따른 신호의 변화를 분석하였다. 또한, 이를 위상학적 특성과 연관지어 베리 곡률 쌍극자와 관련된 유도 자화로부터 이 측면을 설명하고자 완화 시간 분석을 시도하였으며, 각 상황에서 GdPtBi의 밴드 구조와 베리 곡률 쌍극자 분포의 형태를 제시하며 자기장 유무에 따른 비선형 홀 효과 신호의 변화를 설명한다.
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