O Instytucie

Tytuł: Tuning of anomalous magnetotransport properties in half-Heusler topological semimetal GdPtBi

Autorzy: Orest Pavlosiuk, Piotr Wiśniewski, Romain Grasset, Marcin Konczykowski, Andrzej Ptok, Dariusz Kaczorowski

Czasopismo: Materials Horizons

DOI: 10.1039/d4mh01875c   

Choć teoretyczne przewidywania wskazują na istnienie dziesiątek tysięcy materiałów topologicznych (których struktura elektronowa ma nietrywialną topologię) wśród związków nieorganicznych, to w praktyce tylko nieliczne z nich wykazują oznaki tych stanów w swoich właściwościach magnetotransportowych. Jednym z możliwych powodów tej rozbieżności jest fakt, że topologicznie nietrywialne stany często są znacznie oddalone od poziomu Fermiego, a więc nie mają bezpośredniego wpływu na właściwości transportowe materiału. Związek GdPtBi, należący do grupy faz Heuslera, jest pierwszym znanym semimetalem Weyla, w którym węzły Weyla są indukowane zewnętrznym polem magnetycznym i jednym z nielicznych materiałów, w których obserwuje się wpływ nietrywialnej topologii na właściwości magnetotransportowe.

W artykule, który niedawno ukazał się w czasopiśmie Materials Horizons, naukowcy z Oddziału Badań Magnetyków, wspólnie z partnerami z École Polytechnique (Palaiseau, Francja) oraz Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk, wykazali, że poziom Fermiego w semimetalu topologicznym GdPtBi można kontrolować za pomocą napromieniowania elektronami o wysokiej energii. Co istotne, mimo przesunięcia poziomu Fermiego o ponad 100 meV względem jego początkowego położenia, materiał nadal wykazuje charakterystyczne cechy topologicznie nietrywialnych stanów elektronowych, w szczególności ujemny podłużny magnetoopór. Dodatkowo odkryto, że wielkość anomalnego efektu Halla zależy w sposób złożony od dawki naświetlania. Otrzymane wyniki, potwierdzone również obliczeniami teoretycznymi, pozwalają lepiej zrozumieć zależność pomiędzy strukturą elektronową a właściwościami magnetotransportowymi tego typu materiałów.

Uzyskane wyniki otwierają nowe możliwości precyzyjnego dostrajania właściwości materiałów topologicznych, a podobne efekty można prawdopodobnie zaobserwować także w innych semimetalach topologicznych o małych powierzchniach Fermiego.

Badania były realizowane w ramach projektu Narodowego Centrum Nauki SHENG (nr 2021/40/Q/ST5/00066).