核磁気共鳴法による励起子絶縁相の検証：コバルト酸化物を舞台として
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19K03750
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
加藤 治一 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 准教授 (60363272)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 励起子凝縮 / 核磁気共鳴 / 励起子相 / コバルト酸化物 |
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| Outline of Research at the Start |
半金属やバンドギャップが小さな半導体において、生じた電子-ホールがクーロン引力で互いに束縛しあうことで量子的な対凝縮を起こすという、いわゆる「励起子相」の存在は理論的に古くから予言されており、豊富な物理が期待されている。本研究では、「励起子相」が現出しているとされる候補物質の一つ、Pr0.5Ca0.5CoO3を中心としたコバルト酸化物を対象に、核磁気共鳴（NMR）を行うことでその微視的な電子状態を明らかにし、最終的には「励起子相」の実在を実験的な立場から証しようとするものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Pr0.5Ca0.5CoOx（以下PCCO)は酸素量が定比（3.0）に近いときは金属絶縁体転移をなすことが知られている。これは励起子凝縮が起こっているためとの解釈が近年提出されている。それを踏まえ、本研究ではPCCOについて特に酸素量に留意した物質合成および核磁気共鳴（NMR）測定を行っている。本年度は試料の合成方法として固相反応法を採用したため、得られた試料の酸素量は完全定比には至っておらず（2.94程度）、励起子凝縮と関連付けられる金属絶縁体転移を再現できてはいない。一方、酸素不定比性が大きい試料（～2.8）と今回の試料について、コバルト核のNMR信号は大きく変化する。前者では～120MHz付近に鋭いピークが見られてたが、後者ではその強度がはっきりと弱まる。原因は現在調査中であるが、酸素量が僅かに欠損する今回の試料でも励起子凝縮の兆候が試料の大部で起こり始めており、それがコバルト核周りの電子状態を大きく変化させてしまったためではないかと推定している。以上を確かめるために、励起子凝縮相に直接対応する信号を探索中である。また同時に、比較物質としてアルカリ土類元素の種類を変えたPr0.5Ca0.5CoOx(PSCO)についても試料合成、NMR測定を行った。PSCOにおいては、酸素量によってNMRスペクトルの形が変化する。その素因追求のため、Pr/Srの比率を変えた場合のスペクトルとを比較した。PSCOのスペクトルは単一の幅広のピークからなるが、後者の方はそうではない。コバルト電子に起因する核位置での電場勾配が大きく変化したためと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
PCCOの試料合成については、酸素量が完全に定比の試料を得るには至っていない。すなわち、マクロ物性測定では金属絶縁体転移が観測されていないため、励起子凝縮が完全に起こった状況は再現できていない。ただ、酸素量に注目して核磁気共鳴スペクトルを比較することで、今まで得られた信号がどのような由来によるものかは明らかにできたように思う。原因は現在調査中であるが、酸素量が僅かに欠損する今回の試料でも励起子凝縮の兆候が試料の大部で起こり始めており、それがコバルト核周りの電子状態を大きく変化させてしまったためではないかと推定している。PSCOに関しては、試料合成および核磁気共鳴測定ともに順調に進展していると考えている。核磁気共鳴信号の測定範囲は一部に留まっているものの、PCCOとの差異ははっきり現れており、両者の電子状態を比較する手がかりになろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
PCCOについてはまずは酸素量が定比の試料を得たい。そのために、湿式合成法や高圧アニールなどの手法を試す予定である。励起子凝縮相に特徴的な信号の直接検出には至っていないので、測定周波数を拡張してこまめに探索していきたい。並行して現在得られている信号について動的挙動を明らかにして、間接的な形ではあるが相の変化を見ていく予定である。PSCOについては、明確な信号が検出されているので、Pr/Srの比率を変えた参照系とともにスペクトルの全貌を得る。はっきりとしたスペクトル線の帰属を行うことで、励起子凝縮相との比較を念頭に置きながら系におけるコバルトのｄ電子状態を明らかにしたい。また、Yを含むペロブスカイト型コバルト酸化物は室温強磁性を示すことが知られている。この系に関しても試料合成・NMR測定を行い、励起子凝縮相との異同を明らかにする予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
