Наблюдение квантового топологического эффекта Холла в селениде ртути – кандидате в семейство полуметаллов Вейля

Наблюдение квантового топологического эффекта Холла в селениде ртути – кандидате в семейство полуметаллов Вейля

A.T. Лончаков, С.Б. Бобин, В.В. Дерюшкин, В.Н. Неверов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Екатеринбург

 

Впервые в физике конденсированного состояния в трехмерной немагнитной системе (кандидате в семейство полуметаллов Вейля – монокристалле HgSe с экстремально низкой концентрацией электронов 8.8·1015 см-3) обнаружен квантовый эффект Холла чисто топологической природы, который наблюдается независимо от ориентации магнитного поля относительно электрического тока. Наиболее четкая «лестничная» структура плато выявлена для магнитополевой зависимости «продольной» холловской проводимости. При этом показано, что появление плато сопровождается минимумом продольного магнитосопротивления. Существующие теоретические представления позволяют ассоциировать обнаруженный квантовый топологический эффект Холла в HgSe с полуцелым квантовым спиновым эффектом Холла для полуметаллов Вейля с отсутствующим центром пространственной инверсии. Квантование «продольной» холловской проводимости может стать перспективным магнитотранспортным методом для детектирования узлов Вейля в твердых телах. Полученные результаты открывают новое направление в магнитотранспорте – исследование квантового спинового (квантового аномального) эффекта Холла в топологических полуметаллах.

 

 

Рис. 1. Квантовый топологический эффект Холла в HgSe с концентрацией электронов 8.8·1015 см-3. (a) Магнитополевая зависимость холловского сопротивления ρxy в поле, перпендикулярном электрическому току, демонстрирующая плато в ультраквантовом пределе. (b) Продольное ρxx и холловское ρxy сопротивление в поле, параллельном электрическому току. (с) Квантование «продольной» холловской проводимости σxy = (ρxy)-1  в поле, параллельном электрическому току (левая шкала). Близкий к полуцелому фактор заполнения ν = σxy/Δσxy (правая шкала), где Δσxy = 308 (Ом·см)-1 – величина кванта холловской проводимости.

 

  1. Observation of quantum topological Hall effect in the Weyl semimetal candidate HgSe / A.T. Lonchakov, S.B. Bobin, V.V. Deryushkin, V.N. Neverov // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2019. — V. 31. — P. 405706—405717.
  2. Квантовые топологические эффекты в селениде ртути с низкой концентрацией электронов / А.Т. Лончаков, С.Б. Бобин, В.Н. Неверов // XIV Российская конференция по физике полупроводников, Новосибирск, 9-13 сентября 2019: Тез.докл. — Новосибирск: ИФП СО РАН. — Т. 2. — С. 496.

 

Научно-популярное эссе