Квантовые осцилляции в анизотропном вейлевском полуметалле в скрещенных магнитном и электрическом полях

Abstract

Рассчитан электронный спектр анизотропного вейлевского полуметалла (ВП) в скрещенных магнитном и электрическом полях. Показано, что электрическое поле приводит к кардинальной перестройке зон Ландау. При некотором значении электрического поля происходит полный коллапс уровней Ландау, однако движение вдоль магнитного поля не исчезает в отличие от изотропного случая. Получены аналитические выражения для квантовой электроемкости в случаях слабого и сильного электрического полей. Предсказан новый фазовый переход между фазами ВП I и II типов, индуцированный электрическим полем. При значении электрического поля, соответствующего такому переходу, плотность состояний имеет особенность, как это и должно быть для фазовых переходов типа Лифшица. Используя подход Фальковского, показано, что фаза Берри для анизотропного ВП с наклонным спектром вблизи вейлевской точки равна π. Тогда квазиклассический подход приводит точно к такому же спектру, что и микроскопический.

Розраховано електронний спектр анізотропного вейлівського напівметалу (ВН) у схрещених магнітному та електричному полях. Показано, що електричне поле призводить до кардинальної перебудови зон Ландау. При деякому значенні електричного поля відбувається повний колапс рівнів Ландау, однак рух уздовж магнітного поля не зникає на відміну від ізотропного випадку. Отримано аналітичні вирази для квантової електроємності у випадках слабкого та сильного електричного полів. При значенні електричного поля, яке відповідне такому переходу, щільність станів має особливість, як це і повинно бути для фазових переходів типу Ліфшиця. Використовуючи підхід Фальковського, показано, що фаза Беррі для анізотропного ВН з похилим спектром поблизу вейлівської точки дорівнює π. Тоді квазікласичний підхід призводить точно до такого ж спектру, що й мікроскопічний.

We calculated the electron spectrum of an anisotropic Weyl semimetal (WSM) in crossed magnetic and electric fields. We showed that the electric field leads to a drastic rearrangement of the Landau bands. At a certain magnitude of the electric field, a complete collapse of the Landau levels occurs, but the motion along the magnetic field does not vanish, in contrast to the isotropic case. We obtained analytical expressions for quantum capacitance for the cases of weak and strong electric fields. We predicted a new phase transition between the type-I and type-II phases of WSMs induced by an electric field. At the electric field magnitude corresponding to this transition, the density of states has a singularity, as expected for the Lifshitz phase transitions. Using the Falkovsky approach, we showed that the Berry phase for an anisotropic WSM with a tilted spectrum near the Weyl point is equal to π. Then the quasiclassical approach leads exactly to the same spectrum as the microscopic one.