TaAs single crystals were grown by a standard chemical vapor transport method. The single-crystallinity and homogeneous distribution of elements were confirmed by transmission electron microscope and x-ray diffraction observations. Positron annihilation measurements revealed that the atomic vacancy concentration was kept below 10 5 at. %. However, inductively coupled plasma analysis showed an As-deficient (7–9 at. %) off-stoichiometry. First-principles calculations implied that the off-stoichiometry could be compensated for with excess Ta antisite defects, thereby inducing metallic states. Nevertheless, excellent semimetallic transport properties of a well-suppressed carrier density ( 10 18 cm 3), ultrahigh carrier mobility ( 10 6 cm 2/V/s), and large transverse magnetoresistance ( > 200 000% at 9 T) with the quantum oscillation were obtained at 1.7 K. This indicated the robustness of semimetallic transport properties against the off-stoichiometric disorder and the quenching of metallic conduction associated with excess Ta atoms. The negative longitudinal magnetoresistance, which is considered evidence of a Weyl semimetal (chiral anomaly), was not observed. These data were discussed with theoretical calculations.

1.
H.
Weng
,
C.
Fang
,
Z.
Fang
,
B. A.
Bernevig
, and
X.
Dai
,
Phys. Rev. X
5
,
011029
(
2015
).
2.
N. P.
Armitage
,
E. J.
Mele
, and
A.
Vishwanath
,
Rev. Mod. Phys.
90
,
015001
(
2018
).
3.
B. Q.
Lv
,
H. M.
Weng
,
B. B.
Fu.
,
X. P.
Wang
,
H.
Miao
,
J.
Ma
,
P.
Richard
,
X. C.
Huang
,
L. X.
Zhao
,
G. F.
Chen
,
Z.
Fang
,
X.
Dai
,
T.
Qian
, and
H.
Ding
,
Phys. Rev. X
5
,
031013
(
2015
).
4.
S. Y.
Xu
,
N.
Alidoust
,
I.
Belopolski
,
Z.
Yuan
,
G.
Bian
,
T. R.
Chang
,
H.
Zheng
,
V. N.
Strocov
,
D. S.
Sanchez
,
G.
Chang
,
C.
Zhang
,
D.
Mou
,
Y.
Wu
,
L.
Huang
,
C. C.
Lee
,
S. M.
Huang
,
B.
Wang
,
A.
Bansil
,
H. T.
Jeng
,
T.
Neupert
,
A.
Kaminski
,
H.
Lin
,
S.
Jia
, and
M. Z.
Hasan
,
Science
349
,
613
(
2015
).
5.
L. X.
Yang
,
Z. K.
Liu
,
Y.
Sun
,
H.
Peng
,
H. F.
Yang
,
T.
Zhang
,
B.
Zhou
,
Y.
Zhang
,
Y. F.
Guo
,
M.
Rahn
,
D.
Prabhakaran
,
Z.
Hussain
,
S.-K.
Mo
,
C.
Felser
,
B.
Yan
, and
Y. L.
Chen
,
Nat. Phys.
11
,
728
(
2015
).
6.
F.
Arnold
,
M.
Naumann
,
S. C.
Wu
,
Y.
Sun
,
M.
Schmidt
,
H.
Borrmann
,
C.
Felser
,
B.
Yan
, and
E.
Hassinger
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
146401
(
2016
).
8.
D. T.
Son
and
B. Z.
Spivak
,
Phys. Rev. B
88
,
104412
(
2013
).
9.
X.
Huang
,
L.
Zhao
,
Y.
Long
,
P.
Wang
,
D.
Chen
,
Z.
Yang
,
H.
Liang
,
M.
Xue
,
H.
Weng
,
Z.
Fang
,
X.
Dai
, and
G.
Chen
,
Phys. Rev. X
5
,
031023
(
2015
).
10.
C. L.
Zhang
,
S. Y.
Xu
,
I.
Belopolski
,
Z.
Yuan
,
Z.
Lin
,
B.
Tong
,
G.
Bian
,
N.
Alidoust
,
C. C.
Lee
,
S. M.
Huang
,
T. R.
Chang
,
G.
Chang
,
C. H.
Hsu
,
H. T.
Jeng
,
M.
Neupane
,
D. S.
Sanchez
,
H.
Zheng
,
J.
Wang
,
H.
Lin
,
C.
Zhang
,
H. Z.
Lu
,
S. Q.
Shen
,
T.
Neupert
,
M. Z.
Hasan
, and
S.
Jia
,
Nat. Commun.
7
,
10735
(
2015
).
11.
C. L.
Zhang
,
Z.
Yuan
,
Q. D.
Jiang
,
B.
Tong
,
C.
Zhang
,
X. C.
Xie
, and
S.
Jia
,
Phys. Rev. B
95
,
085202
(
2017
).
12.
S. V.
Syzranov
,
L.
Radzihovsky
, and
V.
Guraie
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
166601
(
2015
).
13.
K.
Kobayashi
,
M.
Wada
, and
T.
Ohtsuki
,
Phys. Rev. Res.
2
,
022061(R)
(
2020
).
14.
Z.
Li
,
H.
Chen
,
S.
Jin
,
D.
Gan
,
W.
Wang
,
L.
Guo
, and
X.
Chen
,
Cryst. Growth Des.
16
,
1172
(
2016
).
15.
R.
Sankar
,
G.
Peramaiyan
,
I. P.
Muthuselvam
,
S.
Xu
,
M. Z.
Hasan
, and
F. C.
Chou
,
J. Phys.: Condens. Matter
30
,
015803
(
2018
).
16.
R.
Krause-Rehberg
and
H. S.
Leipner
,
Positron Annihilation in Semiconductors
(
Springer
,
1998
).
17.
F.
Tuomisto
and
I.
Makkonen
,
Rev. Mod. Phys.
85
,
1583
(
2013
).
18.
N.
Oshima
,
R.
Suzuki
,
T.
Ohdaira
,
A.
Kinomura
,
T.
Narumi
,
A.
Uedono
, and
M.
Fujinami
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
194104
(
2009
).
19.
X.
Gonze
,
J.-M.
Beuken
,
R.
Caracas
,
F.
Detraux
,
M.
Fuchs
,
G.-M.
Rignanese
,
L.
Sindic
,
M.
Verstraete
,
G.
Zerah
,
F.
Jollet
,
M.
Torrent
,
A.
Roy
,
M.
Mikami
,
P.
Ghosez
,
J.-Y.
Raty
, and
D.
Allan
,
Comput. Mater. Sci.
25
,
478
(
2002
).
20.
21.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
22.
J. J.
Murray
,
J. B.
Taylor
,
L. D.
Calvert
,
Y.
Wang
,
E. J.
Gabe
, and
J.
Despault
,
J. Less Common Met.
46
,
311
(
1976
).
23.
E.
Boroński
and
R. M.
Nieminen
, “
Electron-positron density-functional theory
,”
Phys. Rev. B
34
,
3820
(
1986
).
24.
E.
Clementi
and
C.
Roetti
,
At. Data Nucl. Data Tables
14
,
177
(
1974
).
25.
B.
Barbiellini
,
M. J.
Puska
,
T.
Torsti
, and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. B
51
,
7341(R)
(
1995
).
26.
T.
Besara
,
D. A.
Rhodes
,
K.-W.
Chen
,
S.
Das
,
Q. R.
Zhang
,
J.
Sun
,
B.
Zeng
,
Y.
Xin
,
L.
Balicas
,
R. E.
Baumbach
,
E.
Manousakis
,
D. J.
Singh
, and
T.
Siegrist
,
Phys. Rev. B
93
,
245152
(
2016
).
27.
C. C.
Lee
,
S. Y.
Xu
,
S. M.
Huang
,
D. S.
Sanchez
,
I.
Belopolsk
,
G.
Chang
,
G.
Bian
,
N.
Alidoust
,
H.
Zheng
,
M.
Neupane
,
B.
Wang
,
A.
Bansil
,
M. Z.
Hasan
, and
H.
Lin
,
Phys. Rev. B
92
,
235104
(
2015
).
28.
H.
Murakawa
,
M. S.
Bahramy
,
M.
Tokunaga
,
Y.
Kohama
,
C.
Bell
,
Y.
Kaneko
,
N.
Nagaosa
,
H. Y.
Hwang
, and
Y.
Tokura
,
Science
342
,
1490
(
2013
).
29.
M.
Leitner
, arXiv:1503.03798 (2015).
30.
Z.
Wang
,
Y.
Zheng
,
Z.
Shen
,
Y.
Lu
,
H.
Hanyan
,
F.
Sheng
,
Y.
Zhou
,
X.
Yang
,
Y.
Li
,
C.
Feng
, and
Z. A.
Xu
,
Phys. Rev. B
93
,
121112(R)
(
2016
).
31.
X. T.
Ji
,
H. Z.
Lu
,
Z. G.
Zhu
, and
G.
Su
,
J. Appl. Phys.
123
,
203901
(
2018
).
32.
X. T.
Ji
,
H. Z.
Lu
,
Z. G.
Zhu
, and
G.
Su
,
AIP Adv.
7
,
105003
(
2017
).
33.
P. A.
Lee
and
T. V.
Ramakrishnan
,
Rev. Mod. Phys.
57
,
287
(
1985
).
34.
S.
Kokado
,
M.
Tsunoda
,
K.
Harigaya
, and
A.
Sakuma
,
J. Phys. Soc. Jpn.
81
,
024705
(
2012
).
35.
A.
Sakai
,
Y. P.
Mizuta
,
A. A.
Nugroho
,
R.
Sihombing
,
T.
Koretsune
,
M.
Suzuki
,
N.
Takemori
,
R.
Ishii
,
D.
Nishio-Hamane
,
R.
Arita
,
P.
Goswami
, and
S.
Nakatsuji
,
Nat. Phys.
14
,
1119
(
2018
).
36.
K.
Kuroda
,
T.
Tomita
,
M.-T.
Suzuki
,
C.
Bareille
,
A. A.
Nugroho
,
P.
Goswami
,
M.
Ochi
,
M.
Ikhlas
,
M.
Nakayama
,
S.
Akebi
,
R.
Noguchi
,
R.
Ishii
,
N.
Inami
,
K.
Ono
,
H.
Kumigashira
,
A.
Varykhalov
,
T.
Muro
,
T.
Koretsune
,
R.
Arita
,
S.
Shin
,
T.
Kondo
, and
S.
Nakatsuji
,
Nat. Mater.
16
,
1090
(
2017
).
37.
Y.
Luo
,
R. D.
McDonald
,
P. F. S.
Rosa
,
B.
Scott
,
N.
Wakeham
,
N. J.
Ghimire
,
E. D.
Bauer
,
J. D.
Thompson
, and
F.
Ronning
,
Sci. Rep.
6
,
27294
(
2016
).
38.
A. S.
Wadge
,
G.
Grabecki
,
C.
Autieri
,
B. J.
Kowalski
,
P.
Iwanowski
,
G.
Cuono
,
M. F.
Islam
,
C. M.
Canali
,
K.
Dybko
,
A.
Hruban
,
A.
Łusakowski
,
T.
Wojciechowski
,
R.
Diduszko
,
A.
Lynnyk
,
N.
Olszowska
,
M.
Rosmus
,
J.
Kołodziej
, and
A.
Wiśniewski
,
J. Phys.: Condens. Matter
34
,
125601
(
2022
).
You do not currently have access to this content.