On Monday, July 12th at 9:30, Valentin Labracherie will defend his PhD thesis entitled:
Electrical transport in nanostructures of the Weyl semimetal WTe2
Place : IFW Dresden
Zoom Meeting : https://selfservice.zih.tu-dresden.de/link.php?m=133606&p=6158cf4e
Abstract: Recently, Weyl semimetals have shown some great potential for applications in spintronics. Indeed, spin-chiral Weyl nodes are perfect sources or sinks of the Berry curvature, which give new transport properties due to their topological nature, such as the chiral anomaly, and a large intrinsic anomalous Hall response. Moreover, type-II Weyl semimetals, such as WTe2, have a specific band structure with tilted Weyl cones and overlapping electron/hole bands that can result in a perfect charge compensation and an extremely large magnetoresistance (XMR). Yet, in WTe2, Weyl nodes are located about 50meV above the Fermi energy, a situation that questions the observation of both a large positive XMR and a negative magnetoresistance previously attributed to the chiral anomaly.
In this work, we investigate the magneto-transport properties of WTe2 nanostructures obtained by different methods (mechanical exfoliation, chemical vapor transport), considering both the real electronic band structure and scattering by disorder. Although the XMR amplitude also depends on charge mobilities, it is shown that the subquadratic response is not directly influenced by the degree of disorder. Taking carrier densities infered from quantum oscillations into account, a three-band model explains this behavior by a large difference in hole mobilities, as confirmed by numerical simulations. At low temperatures and for small magnetic fields, an isotropic negative magneto-resistance is observed and attributed to a topological property of the band structure far away from the Weyl nodes. This new mechanism, different from the chiral anomaly, allows us to reproduce the experimental results by numerical calculations based on the real band structure of WTe2.
Titre : Transport électrique dans des nanostructures du semimétal de Weyl WTe2
Résumé : Récemment, différentes études sur les semimétaux de Weyl ont montré leur large potentiel pour des applications en spintronique. En effet, les noeuds deWeyl avec leur chiralité de spin sont des sources ou puits parfaits de la courbure de Berry, ce qui peut conduire à de nouvelles propriétés de transport, dues à la nature topologique de la structure de bande, comme l’anomalie chirale et une large réponse liée à l’effet Hall anormal dit intrinsèque. De plus, les semimétaux de Weyl de type II, comme WTe2, ont une structure de bande particulière avec des cônes de Weyl inclinés et un chevauchement des bandes de trous et d’électrons qui résulte en une forte compensation de charge et une magnétorésistance extrêmement large (XMR) associée. Cependant, dans WTe2, les noeuds de Weyl se trouvent environ 50 meV au-dessus de l’énergie de Fermi, ce qui remet en cause la possibilité d’observer à la fois une XMR positive à fort champ et une magnétorésistance négative à champ faible due à l’anomalie chirale.
Dans ce travail, nous étudions les propriétés de magnéto-transport de nanostructures WTe2 obtenues par différentes méthodes (exfoliation mécanique, transport en phase vapeur), avec des degrés de désordre microscopique différents, en considérant à la fois la structure de bande réelle du matériau et les processus de diffusion liés au désordre. Il est montré que la XMR présente un comportement subquadratique, qui peut être compris dans le cadre d’un modèle multi-bandes, au-delà de deux bandes, comme confirmé par des simulations numériques. A très basse température et faible champ magnétique, une magnétorésistance négative et isotrope est observée et attribuée à une propriété topologique de la structure de bandes loin des noeuds de Weyl. Ce nouveau mécanisme, différent de celui de l’anomalie chirale, nous permet de reproduire nos résultats expérimentaux par des simulations numériques basées sur la structure de bande réelle de WTe2.
Jury:
Dr. Walter Escoffier, LNCMI, Toulouse, Reviewer
Pr. Hartmut Buhmann EP3, University of Würzburg, Reviewer
Pr. Carten Timm, BZW, University of Dresden
Pr. Bernd Büchner, Leibniz-Institut IFW, University of Dresden
Dr. Olivier Fruchart, SPINTEC, Université Grenoble Alpes
Dr. Benoit Jouault, Lab. Charles Coulomb, Université de Montpellier
