2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research on novel quantum phenomena of correlated topological semimetal
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18H01171
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
藤岡 淳 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80609488)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / ディラック半金属 / トポロジカル量子現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ペロフスカイト型AIrO3(A=Ca,Sr)は対称性で保障されたトポロジカルなディラック型バンド分散を持ち、モット転移近傍に位置する強相関ディラック半金属として知られている。ディラック電子の特長の一つは有効質量が小さく、比較的小さい磁場でランダウレベルが形成される点である。ディラック電子系の電子相関効果は以前から重要な課題であると認識されてきたが、モット転移が生じるような強相関領域でディラック電子の特長を実験的に捉えられる物質はほとんど知られていなかった。
本年度は超高圧合成法を用いて、ペロフスカイト型イリジウム酸化物CaIrO3の単結晶合成を行い、高移動度の強相関ディラック電子を検出する事を目指した。圧力や温度等の合成条件をふりながら合成を行い、500ミクロン程度の単結晶試料を得た。希釈冷凍機を用いて低温磁場下での磁気輸送特性の測定を行ったところ、0.12Kにおいて60,000cm2/Vsを超える高い移動度を示すディラック電子が生じていることが明らかになった(既知のバルク酸化物半導体の中では最大の値)。また、ディラック線ノードバンドに生じる2種類のフェルミ面に対応して異なる振動周期を持つ2種類のシュブニコフドハース振動が見られた。電子相関効果を正確に取り込んだバンド計算を行ったところ、クーロン相互作用の増大に伴って線ノードのエネルギーがフェルミ面に接近する機構が働いている可能性があることが分かった。
同じくペロブスカイト構造を有するSrIrO3においてIrをSnで部分的に置換する事で半金属・絶縁体転移が生じる事を示した。ここでは多結晶試料を超高圧合成法を用いて合成した。光学伝導度の測定によって転移に伴って1eVのスケールで電荷ダイナミクスが変化することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超高圧合成法によって精密物性測定が可能な高品質のペロフスカイト型CaIrO3単結晶が計画通り得られた。低温磁気輸送測定によって当初の想定を大きく上回る電子移動度を示すディラック電子が生じていることを明らかに出来た。また、ランダウレベルの形成を示す量子振動の観測にも成功し、量子極限では予想外の巨大磁気抵抗効果が生じることが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ペロブスカイト型CaIrO3において電子相関効果による電子状態の制御、カイラル異常などの異常な電磁気応答の探索を推進する。また、薄膜試料の作製にも取り組み、高移動度の強相関ディラック電子を利用したデバイス研究への展開も探索する。
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