物性物理学：高移動度グラフェンにおけるディラックプラズマの巨大磁気抵抗

ディラック点は、グラフェンの電子スペクトルの最も分かりやすい特徴であり、その近くでは数多くの興味深い現象が生じる傾向がある。低温では、この領域における固有の挙動は、電荷不均一性によって不明瞭になることが多いが、高温では、熱励起が乱れに打ち勝って、ディラックフェルミオンの電子–正孔プラズマを生成できる。ディラックプラズマは、量子臨界散乱や流体力学的流動など、特異な性質を示すことが見いだされている。しかし、磁場中のこのプラズマの挙動についてはほとんど分かっていない。今回我々は、この量子臨界領域における磁気輸送について報告する。低磁場では、プラズマは放物線形の巨大磁気抵抗率を示し、室温では0.1テスラの磁場で100％以上に達する。これは、そうした温度で観測される他のどの系の磁気抵抗率よりも数桁高い。我々は、この挙動が単層グラフェン特有のものであり、頻繁な（プランク限界）散乱にもかかわらず、ゼロ質量のスペクトルと超高移動度によって支えられていることを示す。数テスラの磁場でランダウ量子化が始まると、電子–正孔プラズマがゼロ番目のランダウ準位に全てとどまり、巨大な線形磁気抵抗が出現する。これは温度にほぼ依存せず、近接遮蔽によって抑制できるため、多体的な起源であることが示される。異常金属における磁気輸送や、ワイル金属に予測されている、いわゆる量子線形磁気抵抗との明確な類似性から、この明確な量子臨界二次元系を用いて、関連する物理をさらに探求する興味深い機会が得られる。

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