Observation of giant spin-split Fermi-arc with maximal Chern number in the chiral topological semimetal PtGa

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Mengyu Yao - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Kaustuv Manna - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Qun Yang - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Alexander Fedorov - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Vladimir Voroshnin - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • B. Valentin Schwarze - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Jacob Hornung - , Professur für Physik in hohen Magnetfeldern (gB/HZDR), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • S. Chattopadhyay - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Zhe Sun - , University of Science and Technology of China (USTC) (Autor:in)
  • Satya N. Guin - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Jochen Wosnitza - , Exzellenzcluster ct.qmat: Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien, Professur für Physik in hohen Magnetfeldern (gB/HZDR), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Horst Borrmann - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Chandra Shekhar - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Nitesh Kumar - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Jörg Fink - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Yan Sun - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Claudia Felser - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)

Abstract

Non-symmorphic chiral topological crystals host exotic multifold fermions, and their associated Fermi arcs helically wrap around and expand throughout the Brillouin zone between the high-symmetry center and surface-corner momenta. However, Fermi-arc splitting and realization of the theoretically proposed maximal Chern number rely heavily on the spin-orbit coupling (SOC) strength. In the present work, we investigate the topological states of a new chiral crystal, PtGa, which has the strongest SOC among all chiral crystals reported to date. With a comprehensive investigation using high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy, quantum-oscillation measurements, and state-of-the-art ab initio calculations, we report a giant SOC-induced splitting of both Fermi arcs and bulk states. Consequently, this study experimentally confirms the realization of a maximal Chern number equal to ±4 in multifold fermionic systems, thereby providing a platform to observe large-quantized photogalvanic currents in optical experiments.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer2033
FachzeitschriftNature communications
Jahrgang11
Ausgabenummer1
PublikationsstatusVeröffentlicht - 1 Dez. 2020
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 32341390