Valence fluctuations and volumetric functions in samarium monosulfide SmS

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00346
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Takenaka Koshi 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60283454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松野 丈夫 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (00443028) ; 片山 尚幸 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758) ; 鈴木 博之 東京大学, 物性研究所, 高度学術専門職員 (60354370) ; 今中 康貴 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 副プラットフォーム長 (70354371) ; 横山 泰範 函館工業高等専門学校, 一般系, 准教授 (80402486) ; 岡本 佳比古 東京大学, 物性研究所, 教授 (90435636)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 価数揺動 / 金属絶縁体転移 / 電場誘起転移 / 硫化サマリウム / 電子構造 / 体積変化

Outline of Final Research Achievements

Using series of single crystals of Sm1-xRxS (R=Ca, Y, Ce, Pr, Nd), we investigated the correlation between valence fluctuation and volume of SmS, and obtained the following results: (1) The electric field-induced insulator-metal transition at liquid nitrogen temperature is not accompanied by a volume change. (2) In Sm1-xCaxS, even if it becomes metallic due to dielectric breakdown caused by an electric field, the reflectivity in the infrared-ultraviolet region does not show a large-scale spectrum change that characterizes valence transition caused by pressure or element substitution. The present results suggest that the electric field-induced metallic phase is different from the metallic phase that appears due to valence transition.

Free Research Field

固体物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

SmSの価数転移は、希土類化合物が示す顕著な性質として、基礎物理学のみならず、工学の分野でも関心が高い。とりわけ電場による絶縁体-金属転移の誘起や負の微分抵抗の出現と価数転移の関係が注目を集めている。本研究の成果は、電場によって生じる特異な金属状態、伝導状態を理解する上で重要な実験結果を提示するものである。とりわけ、圧力誘起や元素置換による価数転移とは異なる機構であることを示したことは、この物質群の電子状態の理解に大きな貢献をすると考えられる。