論文の概要: Absence of backscattering in Fermi-arc-mediated conductivity of
topological Dirac semimetal Cd$_{3}$As$_{2}$
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03108v1
- Date: Tue, 5 Dec 2023 20:10:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-07 16:51:38.729108
- Title: Absence of backscattering in Fermi-arc-mediated conductivity of
topological Dirac semimetal Cd$_{3}$As$_{2}$
- Title（参考訳）: トポロジカルディラック半金属Cd$_{3}$As$_{2}$のフェルミアークによる導電率における後方散乱の欠如
- Authors: Vsevolod Ivanov and Lotte Borkowski and Xiangang Wan and Sergey Y.
Savrasov
- Abstract要約: ヒ化カドミウムは、フェルミ準位における理想的な3次元ディラック点を実現するために、トポロジカルな物質として再沈殿した。
これらのディラック点は、強い量子振動、大きな磁気抵抗、超高モビリティ、グラフェンを超えるフェルミ速度など、いくつかの異常な輸送現象を引き起こす。
ここでは電子構造から直接誘導される強結合モデルに基づいて, ヒ化カドミウム薄膜のフェルミアーク状態を計算する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Having previously been the subject of decades of semiconductor research,
cadmium arsenide has now reemerged as a topological material, realizing ideal
three-dimensional Dirac points at the Fermi level. These topological Dirac
points lead to a number of extraordinary transport phenomena, including strong
quantum oscillations, large magnetoresistance, ultrahigh mobilities, and Fermi
velocities exceeding graphene. The large mobilities persist even in thin films
and nanowires of cadmium arsenide, suggesting the involvement of topological
surface states. However, computational studies of the surface states in this
material are lacking, in part due to the large 80-atom unit cell. Here we
present the computed Fermi arc surface states of a cadmium arsenide thin film,
based on a tight-binding model derived directly from the electronic structure.
We show that despite the close proximity of the Dirac points, the Fermi arcs
are very long and straight, extending through nearly the entire Brillouin zone.
The shape and spin properties of the Fermi arcs suppress both back- and side-
scattering at the surface, which we show by explicit integrals over the phase
space. The introduction of a small symmetry-breaking term, expected in a strong
electric field, gaps the electronic structure, creating a weak topological
insulator phase that exhibits similar transport properties. Crucially, the
mechanisms suppressing scattering in this material differ from those in other
topological materials such as Weyl semimetals and topological insulators,
suggesting a new route for engineering high-mobility devices based on Dirac
semimetal surface states.
- Abstract（参考訳）: かつては半導体研究の対象であったが、現在ではアルセニウムカドミウムがトポロジカル材料として再燃し、フェルミ準位における理想的な3次元ディラック点を実現している。
これらの位相的ディラック点は、強い量子振動、大きな磁気抵抗、超高移動性、グラフェンを超えるフェルミ速度など、多くの異常な輸送現象を引き起こす。
ヒ化カドミウムの薄膜やナノワイヤでも大きなモビリティが持続し、トポロジカルな表面状態の関与が示唆された。
しかし、この物質の表面状態の計算的な研究は、部分的には80原子単位セルが大きいため不足している。
ここでは電子構造から直接誘導される強結合モデルに基づいて, ヒ化カドミウム薄膜のフェルミアーク状態を計算する。
ディラック点に近接しているにもかかわらず、フェルミ弧は非常に長くまっすぐであり、ブリルアンゾーンのほぼ全域に広がる。
フェルミ弧の形状とスピン特性は、位相空間上の明示的な積分によって表される表面の後方散乱と側面散乱の両方を抑制する。
強い電場で期待される小さな対称性を破る項の導入は電子構造のギャップを埋め、同様の輸送特性を示す弱いトポロジカル絶縁体相を作り出す。
この物質の散乱を抑制するメカニズムは、ワイル半金属や位相絶縁体などの他のトポロジカル材料と異なり、ディラック半金属表面状態に基づく新しい高移動度デバイスの設計方法が示唆されている。
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