Temat 2: Wpływ pola magnetycznego na siłę termoelektryczną semimetalu Weyla TaAs

tel.: +48 71 395 4 265, e-mail:

Opis

Ostatnia dekada przyniosła znaczące osiągnięcia w nauce i inżynierii układów o niekonwencjonalnych strukturach pasmowych, co zostało zainicjowane badaniami własności grafenu oraz izolatorów topologicznych. Podczas gdy struktura pasmowa grafenu uzasadnia istnienie bezmasowych, relatywistycznych obiektów w dwóch wymiarach, wystąpienie metalicznego przewodnictwa elektrycznego na powierzchni izolatora topologicznego związane jest z wpływem symetrii oddziaływań kwantowych względem odwrócenia czasu i zjawisk relatywistycznych na strukturę pasmową nieprzewodzącej objętości kryształu. W ostatnich latach obserwuje się gwałtowny wzrost zainteresowania semimetalami Weyla (WSM), gdyż układy te rozszerzają klasą faz topologicznie nietrywialnych o nowe materiały o nieznanych dotąd własnościach. Studia teoretyczne uwzględniające w opisie materii skondensowanej efekty kwantowe i relatywistyczne przewidują, że fermiony Weyla mogą istnieć – w formie nisko-energetycznych wzbudzeń lub kwazicząstek – w monokryształach pewnych semimetali, których własności przewodzące są określone, tak jak w izolatorach topologicznych, przez topologiczne własności funkcji falowych elektronów. Podczas gdy izolatory topologiczne są materiałami przewodzącymi tylko na powierzchni, w WSM przewiduje się propagację fal elektronowych zachowujących się jak cząstki Weyla w całej objętości kryształu. Fermiony Weyla zaobserwowano po raz pierwszy w monokrysztale TaAs metodą ARPES, która wykorzystuje zjawisko fotoemisji do wyznaczania energii wiązania i wektora falowego elektronów w ciele stałym [1,2].

Cel i zakres pracy

Celem naukowym jest poszukiwanie eksperymentalnego dowodu na istnienie fermionów Weyla w monokrystalicznym TaAs, którego egzotyczne własności fizyczne są wynikiem sprzężenia ruchu orbitalnego elektronów z ich spinowym momentem magnetycznym. Badając wpływ pola magnetycznyego w zakresie ultra-niskich temperatur na własności termoelektryczne arsenku tantalu planuje się określenie wpływu nietrywialnej krzywizny Berry'ego na efekt Seebecka [3].Badania będą wykonywane na unikatowym w skali światowej stanowisku do pomiarów siły termoelektrycznej w Laboratorium Fizyki Niskich Temperatur INTiBS PAN we Wrocławiu.

Literatura

[1] Xu,S. Y. et al., Discovery of a Weyl fermion semimetal and topological Fermi arcs. Science 349, 613 (2015). [2] Lv, B. Q. et al., Experimental Discovery of Weyl Semimetal TaAs. Phys. Rev. X 5, 031013 (2015). [3] T. Cichorek, Efekt Nernsta i siła termoelektryczna w obecności krzywizny Berry'ego w topologicznych semimetalach Weyla, Project badawczy NCN OPUS 11, 2016/21/B/ST3/02361

Zadania do wykonania

- Pomiar siły termoelektrycznej w funkcji pola magnetycznego do 16 T dla wyselekcjonowanych monokryształów TaAs w T < 4.2 K. - Obsługa ³He-⁴He chłodziarki rozcieńczalnikowej. - Analiza uzyskanych wyników w oparciu oistniejące modele teoretyczne.