2019 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of Metastable Quantum Phases in Two-Dimensional Materials
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18K13511
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
吉田 将郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (60802957)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 二次元物質 / 電荷密度波 / 透過型電子顕微鏡 / その場測定 / 準安定相 / ナノデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2次元物質を舞台に準安定量子相を探索、探究することが、本研究課題である。今年度は、新たなツールを用いた「探究」に注力した。具体的には、その場透過型電子顕微鏡観察実験を、層状物質1T型硫化タンタル（TaS2）に関して実施し、その準安定電荷密度波（CDW）相の超構造を明らかにした。
バルク結晶の1T-TaS2は、室温から冷却すると、比較的伝導度の高い近整合CDWから、モット絶縁体である整合CDWへの、一次相転移を示す。一方その薄片試料は、一次相転移は示さず、低温まで金属的である。薄片試料においては、過冷却近整合CDWが形成されていると考えられるが、その寿命は極めて長い。同じ物質で、光照射によって準安定近整合CDWが誘起されることが知られるが、それがミリ秒で緩和するのと対照的である。そこで我々は、薄片試料の準安定近整合超構造を明らかにするために、電子線を透過するような薄い基板を用いて、1T-TaS2薄片試料に関するマイクロデバイスを作製した。そして、低温電気抵抗測定を行い、金属的な性質を確認した上で、低温で電子回折実験を行った。すると果たして、低温でも近整合CDWが形成されていることが分かった。
注目すべきは、過冷却近整合CDW相が、積層方向に長距離秩序を有していたことが、明らかになったことである。室温の近整合CDW相においては、3層周期性が実現しているが、それが低温まで維持されていた。これは、2次元CDWシートがランダムに積層されている、整合CDWや、光誘起準安定近整合CDWと、大きく異なる点である。CDWシートの積層方法が異なれば、CDWシート間のクーロン反発の程度も変化し、系の安定性にも影響が生じるだろう。過冷却近整合CDWの長寿命性は、CDWシートの積層方向の長距離秩序によるものと考えらえる。
本結果は、通常低次元系と見なされる系における、高次構造の重要性を、強く示している。
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