2019 Fiscal Year Annual Research Report
Electronic states near the band-width control Mott transition investigated by spectroscopic-imaging scanning tunneling microscopy
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19H01855
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
花栗 哲郎 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, チームリーダー (40251326)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Mott絶縁体 / 電荷密度波 / 走査型トンネル顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1T-Ta(S,Se)2の母物質である1T-TaS2の分光イメージング走査型トンネル顕微鏡による測定を行った。最近、1T-TaS2は電荷密度波の基本単位である六芒星クラスターが層間で対を成し、その対が積み重なるために単位胞には必ず偶数個の電子を含むので、この物質はMott絶縁体ではなくバンド絶縁体であるとの指摘がなされた。このような場合、劈開によってできる最表面は、対を保ったままの場合と、対が引き裂かれて一層が残る場合の二種類が考えられる。劈開面に現れる単原子層ステップの上下のテラスにおける電荷密度波の位相と、各テラスにおけるトンネルスペクトルの相関を調べることにより、二層を単位としたスタッキング構造が実現されていることが確認された。二種類の劈開面におけるトンネルスペクトルを調べたところ、対を引き裂くように劈開が起こり表面に孤立した一層が残る場合でも、ギャップが観測され、絶縁体であった。このギャップはバンドギャップとしては説明できないので、やはりTaS2はMott絶縁体であると考えられる。一方、層間のスタッキングが重要であることも明らかとなったので、今後Se置換効果の研究を行う上で、最表面原子層とその第二層でのスタッキングパターンに注意して実験を行う必要がある。
また、高エネルギー分解能のスペクトル測定で見出してきた1T-TaS2の上部ハバードバンド直下に現れる鋭いピーク構造に関して解析を行い、電荷密度波のフォノンの振幅モードと強く結合した何らかの束縛状態であることを明らかにした。
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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
走査型トンネル顕微鏡を用いた1T-TaS2の研究は数十年前から行われていたが、二種類の劈開面が存在し、それぞれが異なるトンネルスペクトルを示すことはこれまで知られておらず、全く予想外の成果だった。この知見は、この物質の基本的な電子状態がこれまで考えられていたよりも複雑であることを示しており、今後未知の創発現象探索の舞台としてのポテンシャルが高まったと考えている。
Ni(S,Se)2に関しては、試料の純度を高めると結晶のサイズが小さくなってしまう問題に直面しており、試料作製に関わる研究協力者と解決策を模索している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点でCOVID-19対策により研究活動が制限されているので、その状況次第で下記の実験計画は大きく変更を受ける可能性がある。
1T-TaS2の研究に関しては、層間スタッキングの効果を考慮に入れて、SをSeで置換した試料の実験を行う。また、高エネルギー分解能測定で見出した上部ハバードバンド直下の鋭いピーク構造に関して、理論家と議論しながらその起源に関して考察するとともに、欠陥の影響や準粒子干渉効果等、空間依存性からなんらかの情報が得られないかどうか検討する。
Ni(S,Se)2に関しては、十分な大きさの試料が得られ次第、分光イメージング走査型トンネル顕微鏡を用いた実験に着手するが、時間がかかるようであれば、現在得られている比較的純度の低い結晶で実験を行う。
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Research Products
(6 results)
