Here, we report on a magneto-optical study of two distinct systems hosting massless fermions—two-dimensional graphene and three-dimensional HgCdTe tuned to the zero band gap condition at the point of the semiconductor-to-semimetal topological transition. Both materials exhibit, in the quantum regime, a fairly rich magneto-optical response, which is composed from a series of intra- and interband inter-Landau level resonances with for massless fermions typical dependence. The impact of the system's dimensionality and of the strength of the spin-orbit interaction on the optical response is also discussed.
References
1.
J.-C.
Charlier
, X.
Blase
, and S.
Roche
, Rev. Mod. Phys.
79
, 677
(2007
).2.
K. S.
Novoselov
, A. K.
Geim
, S. V.
Morozov
, D.
Jiang
, M. I.
Katsnelson
, I. V.
Grigorieva
, S. V.
Dubonos
, and A. A.
Firsov
, Nature
438
, 197
(2005
).3.
Y. B.
Zhang
, Y. W.
Tan
, H. L.
Stormer
, and P.
Kim
, Nature
438
, 201
(2005
).4.
B. A.
Bernevig
, T. L.
Hughes
, and S.-C.
Zhang
, Science
314
, 1757
(2006
).5.
M.
König
, S.
Wiedmann
, C.
Brüne
, A.
Roth
, H.
Buhmann
, L. W.
Molenkamp
, X.-L.
Qi
, and S.-C.
Zhang
, Science
318
, 766
(2007
).6.
H.
Zhang
, C.-X.
Liu
, X.-L.
Qi
, X.
Dai
, Z.
Fang
, and S.-C.
Zhang
, Nat. Phys.
5
, 438
(2009
).7.
M. Z.
Hasan
and C. L.
Kane
, Rev. Mod. Phys.
82
, 3045
(2010
).8.
X.-L.
Qi
and S.-C.
Zhang
, Rev. Mod. Phys.
83
, 1057
(2011
).9.
K.
Ishizaka
, M.
Bahramy
, H.
Murakawa
, M.
Sakano
, T.
Shimojima
, T.
Sonobe
, K.
Koizumi
, S.
Shin
, H.
Miyahara
, A.
Kimura
et al., Nat. Mater.
10
, 521
(2011
).10.
Z. K.
Liu
, B.
Zhou
, Y.
Zhang
, Z. J.
Wang
, H. M.
Weng
, D.
Prabhakaran
, S.-K.
Mo
, Z. X.
Shen
, Z.
Fang
, X.
Dai
et al., Science
343
, 864
(2014
).11.
Z.
Liu
, J.
Jiang
, B.
Zhou
, Z.
Wang
, Y.
Zhang
, H.
Weng
, D.
Prabhakaran
, S.
Mo
, H.
Peng
, P.
Dudin
et al., Nat. Mater.
13
, 677
–681
(2014
).12.
S.
Jeon
, B. B.
Zhou
, A.
Gyenis
, B. E.
Feldman
, I.
Kimchi
, A. C.
Potter
, Q. D. G.
end Robert
, J.
Cava
, A.
Vishwanath
, and A.
Yazdani
, Nat. Mater.
13
, 851
(2014
).13.
S.
Borisenko
, Q.
Gibson
, D.
Evtushinsky
, V.
Zabolotnyy
, B.
Büchner
, and R. J.
Cava
, Phys. Rev. Lett.
113
, 027603
(2014
).14.
Z.-G.
Chen
, Z.
Shi
, W.
Yang
, X.
Lu
, Y.
Lai
, H.
Yan
, F.
Wang
, G.
Zhang
, and Z.
Li
, Nat. Commun.
5
, 4461
(2014
).15.
M.
Orlita
, D.
Basko
, M.
Zholudev
, F.
Teppe
, W.
Knap
, V.
Gavrilenko
, N.
Mikhailov
, S.
Dvoretskii
, P.
Neugebauer
, C.
Faugeras
et al., Nat. Phys.
10
, 233
(2014
).16.
M. L.
Sadowski
, G.
Martinez
, M.
Potemski
, C.
Berger
, and W. A.
de Heer
, Phys. Rev. Lett.
97
, 266405
(2006
).17.
Z.
Jiang
, E. A.
Henriksen
, L. C.
Tung
, Y.-J.
Wang
, M. E.
Schwartz
, M. Y.
Han
, P.
Kim
, and H. L.
Stormer
, Phys. Rev. Lett.
98
, 197403
(2007
).18.
M. L.
Sadowski
, G.
Martinez
, M.
Potemski
, C.
Berger
, and W. A.
de Heer
, Int. J. Mod. Phys. B
21
, 1145
(2007
).19.
R. S.
Deacon
, K.-C.
Chuang
, R. J.
Nicholas
, K. S.
Novoselov
, and A. K.
Geim
, Phys. Rev. B
76
, 081406R
(2007
).20.
M.
Orlita
, C.
Faugeras
, P.
Plochocka
, P.
Neugebauer
, G.
Martinez
, D. K.
Maude
, A.-L.
Barra
, M.
Sprinkle
, C.
Berger
, W. A.
de Heer
et al., Phys. Rev. Lett.
101
, 267601
(2008
).21.
M.
Orlita
, C.
Faugeras
, J. M.
Schneider
, G.
Martinez
, D. K.
Maude
, and M.
Potemski
, Phys. Rev. Lett.
102
, 166401
(2009
).22.
E. A.
Henriksen
, P.
Cadden-Zimansky
, Z.
Jiang
, Z. Q.
Li
, L.-C.
Tung
, M. E.
Schwartz
, M.
Takita
, Y.-J.
Wang
, P.
Kim
, and H. L.
Stormer
, Phys. Rev. Lett.
104
, 067404
(2010
).23.
M.
Orlita
, C.
Faugeras
, R.
Grill
, A.
Wysmolek
, W.
Strupinski
, C.
Berger
, W. A.
de Heer
, G.
Martinez
, and M.
Potemski
, Phys. Rev. Lett.
107
, 216603
(2011
).24.
I.
Crassee
, J.
Levallois
, D.
van der Marel
, A. L.
Walter
, T.
Seyller
, and A. B.
Kuzmenko
, Phys. Rev. B
84
, 035103
(2011
).25.
M.
Orlita
, L. Z.
Tan
, M.
Potemski
, M.
Sprinkle
, C.
Berger
, W. A.
de Heer
, S. G.
Louie
, and G.
Martinez
, Phys. Rev. Lett.
108
, 247401
(2012
).26.
L.
Demkó
, G. A. H.
Schober
, V.
Kocsis
, M. S.
Bahramy
, H.
Murakawa
, J. S.
Lee
, I.
Kézsmárki
, R.
Arita
, N.
Nagaosa
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
109
, 167401
(2012
).27.
S.
Bordács
, J. G.
Checkelsky
, H.
Murakawa
, H. Y.
Hwang
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
111
, 166403
(2013
).28.
C.
Berger
, Z.
Song
, T.
Li
, X.
Li
, A. Y.
Ogbazghi
, R.
Feng
, Z.
Dai
, A. N.
Marchenkov
, E. H.
Conrad
, P. N.
First
et al., J. Phys. Chem. B
108
, 19912
(2004
).29.
J.
Hass
, F.
Varchon
, J. E.
Millán-Otoya
, M.
Sprinkle
, N.
Sharma
, W. A.
de Heer
, C.
Berger
, P. N.
First
, L.
Magaud
, and E. H.
Conrad
, Phys. Rev. Lett.
100
, 125504
(2008
).30.
A. C.
Ferrari
, J. C.
Meyer
, V.
Scardaci
, C.
Casiraghi
, M.
Lazzeri
, F.
Mauri
, S.
Piscanec
, D.
Jiang
, K. S.
Novoselov
, S.
Roth
et al., Phys. Rev. Lett.
97
, 187401
(2006
).31.
C.
Faugeras
, A.
Nerriere
, M.
Potemski
, A.
Mahmood
, E.
Dujardin
, C.
Berger
, and W. A.
de Heer
, Appl. Phys. Lett.
92
, 011914
(2008
).32.
Y.-M.
Lin
, C.
Dimitrakopoulos
, D. B.
Farmer
, S.-J.
Han
, Y.
Wu
, W.
Zhu
, D. K.
Gaskill
, J. L.
Tedesco
, R. L.
Myers-Ward
, C. R.
Eddy
et al., Appl. Phys. Lett.
97
, 112107
(2010
).33.
M.
Orlita
, C.
Faugeras
, J.
Borysiuk
, J. M.
Baranowski
, W.
Strupiński
, M.
Sprinkle
, C.
Berger
, W. A.
de Heer
, D. M.
Basko
, G.
Martinez
et al., Phys. Rev. B
83
, 125302
(2011
).34.
P. E. C.
Ashby
and J. P.
Carbotte
, Phys. Rev. B
87
, 245131
(2013
).35.
A. M.
Witowski
, M.
Orlita
, R.
Stȩpniewski
, A.
Wysmołek
, J. M.
Baranowski
, W.
Strupiński
, C.
Faugeras
, G.
Martinez
, and M.
Potemski
, Phys. Rev. B
82
, 165305
(2010
).36.
I.
Crassee
, J.
Levallois
, A. L.
Walter
, M.
Ostler
, A.
Bostwick
, E.
Rotenberg
, T.
Seyller
, D.
Van Der Marel
, and A. B.
Kuzmenko
, Nat. Phys.
7
, 48
(2011
).37.
M.
Orlita
, I.
Crassee
, C.
Faugeras
, A. B.
Kuzmenko
, F.
Fromm
, M.
Ostler
, T.
Seyller
, G.
Martinez
, M.
Polini
, and M.
Potemski
, New J. Phys.
14
, 095008
(2012
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
