カゴメ金属の特異なホール効果の起源を解明~移動度スペクトル解析で捉えた高移動度キャリアの役割~

2025-08-06 東京大学,東北大学,日本原子力研究開発機構

東京大学などの研究チームは、カゴメ格子構造を持つ金属CsV₃Sb₅で観測される非単調なホール効果が、従来考えられていた異常ホール効果ではなく、高移動度の少数キャリアによる通常のホール効果で説明できることを明らかにした。キャリアの仮定を必要としない「移動度スペクトル解析」と大規模フィッティング計算を組み合わせることで、多バンド系におけるキャリアの特性を定量的に解析。電子線照射で移動度を下げると非単調成分が消失することも確認された。この手法は複雑な量子物質研究に有用。

カゴメ金属の特異なホール効果の起源を解明~移動度スペクトル解析で捉えた高移動度キャリアの役割~
カゴメ金属における移動度スペクトル解析

<関連情報>

カゴメ金属CsV3Sb5における極小フェルミポケットと極高移動度によるホール異常への影響 Impact of Tiny Fermi Pockets with Extremely High Mobility on the Hall Anomaly in the Kagome Metal CsV3⁢Sb5

S. Liu, M. Roppongi, M. Kimata, K. Ishihara, R. Grasset, M. Konczykowski, B. R. Ortiz, S. D. Wilson, K. Yoshimi et al.
Physical Review Letters  Published: 30 July, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/d4dw-2v6k

Abstract

The kagome metal CsV3⁢Sb5 exhibits an unusual charge-density-wave (CDW) order, where the emergence of loop current order that breaks time-reversal symmetry (TRS) has been proposed. A key feature of this CDW phase is a nonmonotonic Hall effect at low fields, often attributed to TRS breaking. However, its origin remains unclear. Here, we conduct comprehensive magnetotransport measurements on CsV3⁢Sb5 and, through mobility spectrum analysis, identify the formation of tiny Fermi pockets with extremely high mobility below the CDW transition. Furthermore, electron irradiation experiments reveal that the nonmonotonic Hall effect is significantly suppressed in samples with reduced mobility, despite no substantial change in the electronic structure. These results indicate that the nonmonotonic Hall effect originates from these tiny Fermi pockets with high mobility carriers rather than anomalous Hall mechanisms, providing new insights into understanding the Hall anomaly in this kagome system.

1701物理及び化学
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