Квантовые осцилляции межслойной проводимости в многослойном топологическом изоляторе
- Авторы: Алисултанов З.З1,2, Абдуллаев Г.О2, Григорьев П.Д3,4, Демиров Н.А5
-
Учреждения:
- Московский физико-технический институт
- Дагестанский федеральный исследовательский центр
- Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук
- Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
- Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
- Выпуск: Том 163, № 3 (2023)
- Страницы: 401-416
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/145278
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451023030124
- EDN: https://elibrary.ru/QFAGYG
- ID: 145278
Цитировать
Аннотация
Исследованы квантовые и разностные осцилляции межслоевой проводимости в многослойной системе из тонких пленок топологических изоляторов. Из-за линейности спектра носителей в такой системе возникают новые особенности квантовых осцилляций. В частности, частоты осцилляций де Гааза - ван Альфена и Шубникова-де Гааза зависят от химического потенциала квадратично, а не линейно, как в случае систем с параболическим спектром носителей. По этой же причине фактор температурного затухания осцилляций содержит химический потенциал. Это связано с неэквидистантностью уровней Ландау: чем выше химический потенциал, тем меньше расстояние между уровнями Ландау. Однако частоты биений, а также разностных медленных осцилляций не зависят от химического потенциала, и в этом смысле поведение этих cистем аналогично поведению обычных недираковских систем. Наконец, в борновском приближении (втором порядке крестовой диаграммной техники) мы рассмотрели общий случай, когда в межслойной проводимости учитываются как внутризонные, так и межзонные переходы. Мы показали, что вклад межзонных переходов не существен для осцилляций проводимости при отсутствии магнитных примесей. Однако при наличии в спектре точки Дирака от нулевого уровня Ландау возникает линейный по магнитному полю межзонный вклад в проводимость. Этот вклад при низких температурах экспоненциально мал по сравнению с внутризонным вкладом и исчезает при нулевой температуре.
Об авторах
З. З Алисултанов
Московский физико-технический институт; Дагестанский федеральный исследовательский центр
Email: zaur0102@gmail.com
141701, Dolgoprudny, Moscow oblast, Russia; 367015, Makhachkala, Russia
Г. О Абдуллаев
Дагестанский федеральный исследовательский центр
Email: zaur0102@gmail.com
367015, Makhachkala, Russia
П. Д Григорьев
Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Email: zaur0102@gmail.com
142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia; 119049, Moscow, Russia
Н. А Демиров
Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: zaur0102@gmail.com
125412, Moscow, Russia
Список литературы
- М.В. Карцовник, П.А. Кононович, В.Н. Лаухин, И.Ф.Щеголев, Письма в ЖЭТФ 48, 498 (1988)
- Sov.Phys. JETP Lett. 48, 541 (1988).
- М.В. Карцовник, П.А. Кононович, В.Н. Лаухин, С.И. Песоцкий, И.Ф.Щеголев,ЖЭТФ 97, 1 305 (1990)
- JETP 70, 735 (1990).
- M.V. Kartsovnik et al., J.Phys. I France 2, 89 (1992)
- J. Wosnitza et al., Synth.Metals 85, 1479 (1997).
- E. Ohmichi et al., Phys.Rev.B 57, 7481 (1998).
- P.D. Grigoriev, M.V. Kartsovnik, W. Biberacher, N.D. Kushch, and P. Wyder, Phys.Rev.B 65, 060403(R) (2002).
- J. Wosnitza, Fermi Surfaces of Low-Dimensional Organic Metals and Superconductors, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (1996).
- T. Ishiguro, K. Yamaji and G. Saito, Organic Superconductors, 2nd Edition, Springer-Verlag, Berlin (1998).
- The Physics of Organic Superconductors and Conductors, ed. by A.G. Lebed, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2008).
- M.V. Kartsovnik, Chem.Rev. 104, 5737 (2004).
- M.V. Kartsovnik, P.D. Grigoriev, W. Biberacher, N.D. Kushch, and P. Wyder, Phys.Rev. Lett. 89, 126802 (2002).
- P.D. Grigoriev, M.V. Kartsovnik, and W. Biberacher, Phys.Rev.B 86, 165125 (2012).
- N. Tajima, T. Yamauchi, T. Yamaguchi, M. Suda, Y. Kawasugi, H.M. Yamamoto, R. Kato, Y. Nishio and K. Kajita, Phys.Rev.B 88, 075315 (2013).
- E. Tisserond et al., Europhys. Lett. 119, 67001 (2017).
- N. Doiron-Leyraud, C. Proust, D. LeBoeuf, J. Levallois, J.-B. Bonnemaison, R. Liang, D.A. Bonn, W.N. Hardy, and L. Taillefer, Nature 447, 565 (2007).
- S.E. Sebastian, N. Harrison, E. Palm, T.P. Murphy, C.H.Mielke, R. Liang, D.A.Bonn,W.N.Hardy, and G.G. Lonzarich, Nature (London) 454, 200 (2008)
- S. E. Sebastian and C. Proust, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 6, 411 (2015).
- S.E. Sebastian, N. Harrison, and G.G. Lonzarich, Rep.Prog.Phys. 75, 102501 (2012).
- B. Vignolle, D. Vignolles, M.-H. Julien, and C. Proust, C.R. Phys. 14, 39 (2013).
- S.E. Sebastian, N. Harrison, P.A. Goddard, M.M. Altarawneh, C.H. Mielke, R. Liang, D.A. Bonn, W.N. Hardy, O.K. Andersen, and G.G. Lonzarich, Phys.Rev.B 81, 214524 (2010).
- E.A. Yelland, J. Singleton, C.H. Mielke, N. Harrison, F. F. Balakirev, B. Dabrowski, and J.R. Cooper, Phys.Rev. Lett. 100, 047003 (2008).
- B. S. Tan, N. Harrison, Z. Zhu, F. Balakirev, B. J. Ramshaw, A. Srivastava, S.A. Sabok-Sayr, B. Dabrowski, G.G. Lonzarich, and S.E. Sebastian, Proc.Natl.Acad. Sci.USA 112, 9568 (2015).
- T.Helm, M.V.Kartsovnik, M.Bartkowiak, N.Bittner, M. Lambacher, A. Erb, J. Wosnitza, and R. Gross, Phys.Rev. Lett. 103, 157002 (2009).
- T. Helm, M.V. Kartsovnik, C. Proust, B. Vignolle, C. Putzke, E. Kampert, I. Sheikin, E.-S. Choi, J. S. Brooks, N. Bittner, W. Biberacher, A. Erb, J.Wosnitza, and R. Gross, Phys.Rev.B 92, 094501 (2015).
- T. Terashima, N. Kurita, M. Tomita, K. Kihou, C.-H. Lee, Y. Tomioka, T. Ito, A. Iyo, H. Eisaki, T. Liang, M. Nakajima, S. Ishida, S.-I. Uchida, H. Harima, and S. Uji, Phys.Rev. Lett. 107, 176402 (2011).
- A. I. Coldea, D. Braithwaite, and A. Carrington, C.R.Phys. 14, 94 (2013).
- T. Terashima, N. Kikugawa, A. Kiswandhi, E.-S. Choi, J. S. Brooks, S. Kasahara, T. Watashige, H. Ikeda, T. Shibauchi, Y. Matsuda, T. Wolf, A.E. B¨ohmer, F. Hardy, C. Meingast, H. v. L¨ohneysen, M.-T. Suzuki, R. Arita, and S. Uji, Phys. Rev.B. 90, 144517 (2014).
- Superlattices and Other Heterostructures, by E. L. Ivchenko and G.E. Pikus, Springer Berlin, Heidelberg (1997); https://doi.org/10.1007/978-3-642-60650-2.
- K. Enomoto, S. Uji, T. Yamaguchi, T. Terashima, T. Konoike, M. Nishimura, T. Enoki, M. Suzuki, and I. S. Suzuki, Phys.Rev.B 73, 045115 (2006).
- Lei et al., Sci.Adv. 6, 6407 (2020).
- P. D. Grigoriev, A. A. Sinchenko, P. Lejay, A. Hadj-Azzem, J. Balay, O. Leynaud, V.N. Zverev, and P. Monceau, Eur.Phys. J.B 89, 151 (2016).
- В. М. Гвоздиков, ФТТ 26, 2574 (1984)
- Sov.Phys. Solid State 26(9), 1560 (1984).
- T. Maniv and I.D. Vagner, Phys.Rev.B 38, 6301 (1988).
- P. Grigoriev, I. Vagner, Письма вЖЭТФ, 69, 139 (1999)
- JETP Lett 69, 156 (1999).
- P. Moses and R.H. McKenzie, Phys.Rev.B 60, 7998 (1999).
- T. Champel and V.P. Mineev, Philos.Mag.B 81, 55 (2001).
- P.D. Grigoriev, ЖЭТФ 119, 1257 (2001)
- JETP 92, 1090 (2001).
- T. Champel, Phys.Rev.B 64, 054407 (2001).
- T. Champel and V.P. Mineev, Phys.Rev.B 66, 195111 (2002).
- P.D. Grigoriev, Phys.Rev.B 67, 144401 (2003).
- V. M. Gvozdikov, Yu. V. Pershin, E. Steep, A.G.M. Jansen, and P. Wyder, Phys. Rev. B 65, 165102 (2002).
- C.Bergemann, S.R. Julian, A.P.Mackenzie, S.NishiZaki, and Y. Maeno, Phys.Rev. Lett. 84, 2662 (2000).
- P.D. Grigoriev, Phys.Rev.B 81, 205122 (2010).
- P.D. Grigoriev, Phys.Rev.B 83, 245129 (2011).
- P.D. Grigoriev, Phys.Rev.B 88, 054415 (2013).
- P.D. Grigoriev and T. I. Mogilyuk, Phys.Rev.B 90, 115138 (2014).
- P.D. Grigoriev and T. I. Mogilyuk, Phys.Rev.B 95, 195130 (2017).
- P.D. Grigoriev and T. Ziman, Phys.Rev.B 96, 165110 (2017).
- T. I. Mogilyuk and P.D. Grigoriev, Phys.Rev.B 98, 045118 (2018).
- A.A. Abrikosov, Fundamentals of the Theory of Metals, North Holland, Amsterdam (1988).
- J.M. Ziman, Principles of the Theory of Solids, Cambridge University, Cambridge, England, (1972).
- D. Shoenberg, Magnetic Oscillations in Metals, Cambridge University, Cambridge, England, (1984).
- Bodo Huckestein Rev.Mod.Phys. 67, 357 (1995).
- S.A. J. Wiegers, M. Specht, L.P. Levy, M.Y. Simmons, D.A. Ritchie, A. Cavanna, B. Etienne, G. Martinez, and P. Wyder, Phys.Rev. Lett. 79, 3238 (1997).
- А.А. Быков, Письма в ЖЭТФ 88, 70 (2008).
- А.А. Быков, Д.В. Номоконов, А.В. Горан и др. Письма в ЖЭТФ 114, 486 (2021).
- G. M. Minkov, O. E. Rut, A. A. Sherstobitov, S.A. Dvoretski, N.N. Mikhailov, V.A. Solov'ev, M.Yu. Chernov, S.V. Ivanov, and A.V. Germanenko Phys.Rev.B 101, 245303 (2020).
- A.A. Burkov and Leon Balents, Phys.Rev. Lett. 107, 127205 (2011)
- A.A. Zyuzin, Si Wu, and A.A. Burkov, Phys. Rev.B 85, 165110 (2012)
- G. Zhang et al., Appl.Phys. Lett. 95, 053114 (2009)
- H. Peng et al., Nature Mater. 9, 225 (2009)
- Y. Zhang et al., Nature Phys. 6, 584 (2010)
- W. Zhang, R. Yu, H.-J. Zhang, X. Dai, and Zh. Fang, New J.Phys., 12(6), 065013 (2010).
- Ch.-X. Liu, X.-L. Qi, H. J. Zhang, X. Dai, Zh. Fang, and Sh.-Ch. Zhang, Phys.Rev.B 82(4), 045122 (2010)
- J. Linder, T. Yokoyama, and A. Sudbø, Phys. Rev. B 80, 205401 (2009).
- C. Liu, H. Zhang, B. Yan, X. Qi, T. Frauenheim, X. Dai, Z. Fang, and S. Zhang, Phys.Rev.B 81, 041307 (2010)
- H. Lu, W. Shan, W. Yao, Q. Niu, and S. Shen, Phys.Rev.B 81, 115407 (2010)
- J.-P. Xu, M.-X. Wang, Zh. L. Liu et. al., Phys.Rev. Lett. 114, 017001 (2015)
- N.P. Armitage, E. J. Mele, and A. Vishwanath, Rev.Mod.Phys. 90, 015001 (2018)
- З. З Алисултанов, ЖЭТФ 152 986 (2017)
- Z. Z. Alisultanov, JETP 125, 836 (2017).
- Z. Z. Alisultanov, Sci.Rep. 8, 13707 (2018).