[장지호 학생, 민홍기 교수] 단일 링 형태의 선마디를 가지는 준금속 SrAs3의 광학 전도도 연구 (Physical Review Letters 논문 게재)
SrAs3는 링 형태의 선마디(nodal line)가 브릴루앙 영역에 단 하나 존재하고, 페르미 에너지 근처의 다른 밴드가 없는 물질이다. 본 연구에서는 SrAs3에서 편광 방향에 따른 광학 전도도(optical conductivity) 측정과 이론 분석을 통해 선마디 준금속 고유의 평탄한 전도도(flat conductivity)를 확인하였고 이를 정량적으로 분석하였다. 기존 연구들은 광학 전도도의 정성적 분석에 그쳤지만, 본 연구에서는 광학 전도도 측정과 이론 계산의 비교를 통해 위상 밴드의 겹침 에너지(overlap energy), 스핀-궤도 결합, 링 형태 선마디의 평균 반지름, 타원율, 속도 비등방성 등 기하 구조를 분석함으로써 단일 링이 가지는 광학 전도도 특성을 정량적으로 밝혔다. 또한, 온도에 따른 광학 측정을 통해 띠내(intraband) 전이와 띠간(interband) 전이 사이의 스펙트럼 가중치 전이(spectral weight transfer)가 일어나는 것을 관측하였다.
본 연구는 서울시립대 전지원 학생, 최은집 교수 그룹 등과 공동 연구로 진행되었다.
SrAs3 is a unique nodal-line semimetal that contains only a single nodal ring in the Brillouin zone, uninterrupted by any trivial bands near the Fermi energy. We performed axis-resolved optical reflection measurements on SrAs3 and observed that the optical conductivity exhibits flat absorption up to 129 meV in both the radial and axial directions, confirming the robustness of the universal power-law behavior of the nodal ring. The axis-resolved optical conductivity, in combination with theoretical calculations, further reveals fundamental properties beyond the flat absorption, including the overlap energy of the topological bands, the spin-orbit coupling gap along the nodal ring, and the geometric properties of the nodal ring such as the average ring radius, ring ellipticity, and velocity anisotropy. In addition, our temperature-dependent measurements revealed a spectral weight transfer between intraband and interband transitions, indicating a possible violation of the optical sum rule within the measured energy range.
Authors: Jiwon Jeon* (제1저자, 서울시립대), Jiho Jang* (제1저자, 서울대), Hoil Kim (POSTECH), Taesu Park (POSTECH), Dongwook Kim (한양대), Soonjae Moon (한양대), Jun Sung Kim (POSTECH), Ji Hoon Shim (POSTECH), Hongki Min** (교신, 서울대), and Eunjip Choi** (교신, 서울시립대)
(*co-first authors, **co-corresponding authors)
Title: Optical Transitions of a Single Nodal Ring in SrAs3: Radially and Axially Resolved Characterization
Journal: Phys. Rev. Lett. 131, 236903 (2023)
Publication date: 6 December 2023