Separation of electron and hole dynamics in the semimetal LaSb

凝聚态物理 磁电阻 物理 费米面 量子振荡 磁场 各向异性 霍尔效应 费米能级 半经典物理学 电子 半金属 朗道量子化 带隙 量子 超导电性 量子力学
作者
Fei Han,Jing Xu,Antía S. Botana,Zhili Xiao,Yong-Lei Wang,Wenqi Yang,Duck Young Chung,Mercouri G. Kanatzidis,M. R. Norman,G. W. Crabtree,W. K. Kwok
出处
期刊:Physical review 卷期号:96 (12) 被引量:40
标识
DOI:10.1103/physrevb.96.125112
摘要

We report investigations on the magnetotransport in LaSb, which exhibits extremely large magnetoresistance (XMR). Foremost, we demonstrate that the resistivity plateau can be explained without invoking topological protection. We then determine the Fermi surface from Shubnikov--de Haas (SdH) quantum oscillation measurements and find good agreement with the bulk Fermi pockets derived from first-principles calculations. Using a semiclassical theory and the experimentally determined Fermi pocket anisotropies, we quantitatively describe the orbital magnetoresistance, including its angle dependence. We show that the origin of XMR in LaSb lies in its high mobility with diminishing Hall effect, where the high mobility leads to a strong magnetic-field dependence of the longitudinal magnetoconductance. Unlike a one-band material, when a system has two or more bands (Fermi pockets) with electron and hole carriers, the added conductance arising from the Hall effect is reduced, hence revealing the latent XMR enabled by the longitudinal magnetoconductance. With diminishing Hall effect, the magnetoresistivity is simply the inverse of the longitudinal magnetoconductivity, enabling the differentiation of the electron and hole contributions to the XMR, which varies with the strength and orientation of the magnetic field. This work demonstrates a convenient way to separate the dynamics of the charge carriers and to uncover the origin of XMR in multiband materials with anisotropic Fermi surfaces. Our approach can be readily applied to other XMR materials.
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