High-field Studies on Layered Magnetic and Polar Dirac Metals: Novel Quantum Transport Phenomena Coupled with Spin-valley Degrees of Freedom

凝聚态物理 自由度(物理和化学) Dirac(视频压缩格式) 极地的 自旋(空气动力学) 领域(数学) 物理 磁场 量子 材料科学 量子力学 数学 热力学 中微子 纯数学
作者
Hideaki Sakai
出处
期刊:Journal of the Physical Society of Japan [Physical Society of Japan]
卷期号:91 (10) 被引量:4
标识
DOI:10.7566/jpsj.91.101001
摘要

Recently, the interplay between the Dirac/Weyl fermion and various bulk properties, such as magnetism, has attracted considerable attention, since unconventional transport and optical phenomena were discovered. However, the design principles for such materials have not been established well. Here, we propose that the layered material $A$Mn$X_2$ ($A$: alkaline and rare-earth ions, $X$: Sb, Bi) is a promising platform for systematically exploring strongly correlated Dirac metals, which consists of the alternative stack of the $X^-$ square net layer hosting a 2D Dirac fermion and the $A^{2+}$-Mn$^{2+}$-$X^{3-}$ magnetic block layer. In this article, we shall review recent high-field studies on this series of materials to demonstrate that various types of Dirac fermions are realized by designing the block layer. First, we give an overview of the Dirac fermion coupled with the magnetic order in EuMnBi$_2$ ($A$=Eu). This material exhibits large magnetoresistance by the field-induced change in the magnetic order of Eu layers, which is associated with the strong exchange interaction between the Dirac fermion and the local Eu moment. Second, we review the Dirac fermion coupled with the lattice polarization in BaMn$X_2$ ($A$=Ba). There, spin-valley coupling manifests itself owing to the Zeeman-type spin-orbit interaction, which is experimentally evidenced by the bulk quantum Hall effect observed at high fields.

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