2017 Fiscal Year Annual Research Report

Resaerch for Excitonic Insulators

Research Project

Project/Area Number	16K13835
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	伊藤正行名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90176363)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小林義明名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (60262846)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords	励起子絶縁体 / ナイトシフト / 核スピン格子緩和率 / ニッケル化合物 / チタン化合物 / 層状物質 / 反磁性軌道帯磁率 / スピン帯磁率
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題である励起子絶縁体とは、半導体や半金属で、バンドギャップより強いクーロン相互作用によって結合した電子ホール対(励起子)がボースアインシュタイン凝縮やBCS的な凝縮を起こすことによって発現する絶縁体である。その研究の歴史は長いが、候補物質の数は限られるため、実験的研究はあまり進んでいなかったが、最近、有力候補物質としてTa2NiSe5と1T-TiSe2が報告され、注目されている。本研究では、先ず、Ta2NiSe5の粉末試料と単結晶試料を作成し、Se核の核磁気共鳴(NMR)実験を行った。その結果、3つのSeサイトのナイトシフトテンソルは、トランスファー超微細相互作用を介して、Seサイトの局所構造と局所対称性によって決まることを示した。また、理論研究で得られている帯磁率の計算結果と比較すると、ナイトシフトはスピン帯磁率からの寄与が大きく、励起子絶縁体相で期待される軌道反磁性帯磁率の寄与は左程大きくないことが分かった。さらに、ナイトシフトの異方性の解析から、Ni3d-Se4pバンドの混成が大きく、第一原理計算の結果などと整合する結果を得た。核スピン格子緩和率は、理論計算から期待される励起子凝縮によると考えられる温度変化を示した。最終年度に、もう一つの候補物質である1T-TiSe2に対して、粉末結晶を作成し、Se核のNMR実験を行った。高温相で、一軸異方的なNMRスペクトルが観測され、低温相では、一軸異方的なNMRスペクトルとさらに低対称のスペクトルが観測された。これらの結果は、局所的な結晶構造と整合している。また、圧力は励起子凝縮を制御できる有効なパラメータと期待できる。両試料に対して、高圧下のNMR実験を行った結果、圧力依存を示す実験結果を得た。本研究の結果から、NMRは、励起子絶縁体転移を検証することが可能な有力なプローブであることを示すことができた。