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Three-dimensional bulk Fermi surfaces and Weyl crossings of Co$$_2$$MnGa thin films underneath a protection layer

保護膜下にあるCo$$_2$$MnGa薄膜の三次元バルクフェルミ面とワイル交差

河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 吉川 智己*; Wang, X.*; 角田 一樹  ; 室 隆桂之*; 後藤 一希*; 桜庭 裕弥*; 梅津 理恵*; 木村 昭夫*

Kono, Takashi*; Kakoki, Masaaki*; Yoshikawa, Tomoki*; Wang, X.*; Sumida, Kazuki; Muro, Takayuki*; Goto, Kazuki*; Sakuraba, Yuya*; Umetsu, Rie*; Kimura, Akio*

軟X線放射光を用いた角度分解光電子分光法を、1nmのAlキャッピング層を有するホイスラー型Co$$_2$$MnGa薄膜に適用した。バルクのフェルミ面とバンド構造は、表面処理を行っていないにもかかわらず、3次元の結晶構造に由来する面外方向の運動量に沿って変化していた。さらに、フェルミ準位付近に交点を持つ特徴的な交差バンド(ワイルコーン)が存在し、計算結果と一致していた。ワイルコーンはバルク由来のもので、高い異常ネルンスト係数と異常ホール係数の原因となっている。Co$$_2$$MnGeとCo$$_2$$MnGaのバンド構造を詳細に比較した結果、両合金とも剛体バンド描像が有効であり、異常伝導性を改善するためにGaをGeに置き換えることでキャリアの微調整が可能であることが示された。

Angle-resolved photoelectron spectroscopy utilizing soft X-ray synchrotron radiation was applied to Heusler-type Co$$_2$$MnGa thin films that have a 1-nm Al capping layer. The bulk Fermi surfaces and band structures varied along the out-of-plane momentum, stemming from the three-dimensional crystal structure, in the absence of any in situ surface treatment. In addition, there were characteristic intersecting bands (Weyl cones), with crossing points near the Fermi level, which were consistent with computed results. The Weyl cones are of bulk origin and are responsible for the high anomalous Nernst and the anomalous Hall coefficients. A close comparison of the experimental band structures in Co$$_2$$MnGe and Co$$_2$$MnGa indicated that the rigid band picture is valid in both alloys and that fine carrier tuning is possible by replacing Ga with Ge to improve the anomalous conductivity.

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