[Oct 10, 2014] 김준성 교수 연구실 - Valley-Polarized Interlayer Conduction of Anisotropic Dirac Fermions in SrMnBi2

[Oct 10, 2014] 김준성 교수 연구실 - Valley-Polarized Interlayer Conduction of Anisotropic Dirac Fermions in SrMnBi2

Physical Review Letters 113, 156602 (2014)

[그림: (오른쪽) 밸리 자유도를 가지는 비등방 페르미면과 회전자기장 방향 (왼쪽) 회전자기장에 따른 밸리 기여도 변화로 인해 생기기는 층간 전기저항의 변화]

“준이차원 디락물질의 밸리 조절 및 분극현상 관측” 
김준성교수 연구실에서 준이차원 디락전자구조를 가지는 물질의 밸리분극이 자기장을 이용하여 조절될 수 있음을 관측하고 그 원리를 규명하였다. 경북대 조연정 교수, 이화여대 강원 교수 연구팀과의 공동연구로 진행된 연구결과는 Physical Review Letters에 2014. 10. 10일자로 게재되었다.
디락 전자구조 물질은 격자 대칭성에 의해 밸리자유도를 가지고 이를 이용한 전자소자 가능성이 제기되어 왔다. 이 연구 결과는 비등방성이 심한 디락 전자구조의 경우 층간 전기전도도의 밸리기여도가 회전자기장으로 쉽게 조절되고, 높은 자기장에서 자발적인 밸리불균형 상태로 상전이 된다는 실험적 증거를 제시하였다. 이 결과는 향후 비등방 디락 물질의 전도특성을 이해하는데 중요한 기초를 제공할 것으로 기대된다.

Controlling the valley degree of freedom can be an effective way to modulate charge conduction and to induce intriguing phases. In the so-called Dirac materials like graphene, two energy bands, corresponding to two equivalent sublattices, intersect linearly at different positions in the momentum space, providing multiple valley degeneracy. We report the valley-selective interlayer conduction of SrMnBi2 under in-plane magnetic fields. The c-axis resistivity of SrMnBi2 shows clear angular magnetoresistance oscillations indicating coherent interlayer conduction. Strong fourfold variation of the coherent peak in the c-axis resistivity reveals that the contribution of each Dirac valley is significantly modulated by the in-plane field orientation. This originates from anisotropic Dirac Fermi surfaces with strong disparity in the momentum-dependent interlayer coupling. Furthermore, we found a signature of broken valley symmetry at high magnetic fields. These findings demonstrate that a quasi-two-dimensional anisotropic Dirac system can host a valley-polarized interlayer current through magnetic valley control.