2022 Fiscal Year Research-status Report
Band-filling control of topological semimetals having a 2D square lattice structure
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21K03472
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
近藤 隆祐 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (60302824)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカル半金属物 / 正四角格子 / 価数制御 / ディラック電子 / 電荷密度波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，ZrSiS構造をもつトポロジカル半金属物質群を対象として，バンド交差点に対してフェルミ準位を制御した試料を作製し測定することにより，当該物質のディラック電子の伝導特性を明らかにすることである．初年度は，主にランタノイド元素を含む LaTeSb 系及び LaTeBi 系の試料作成を行い，主に，Teが多いLaTeSb系で発現する電荷密度波（CDW）の波数より，当初の目論見の通り，連続的なバンドフィリング制御が出来ることを明らかにした．この結果を踏まえて，今年度は，①ランタノイド元素を非磁性のLaからCe, Pr, Ndといった磁性元素に拡張する，② 電荷密度波が報告されていないZrSiS系との比較を行うため，ZrSnTe系のバンドフィリング制御手法の確立を目指す，を行った．この系は，ランタノイドと化学的性質が似ているとされるイットリウム（Y）を含んだ YSbTe系のYとSbを周期律表において，それぞれ，右と左に一つ移動した系に相当しているため，特にこれを選択している．
①については，Ln=Ce, Pr, Ndを用いて，LnTe_1+xSb(Bi)_1-x:-0.2≦x≦0.2の試料を作成し，作成全域で単結晶を得ることが出来た．Ln=Laにおいては，xを変化させていくと，CDWを伴った正四角格子から正四角格子に歪が生じた2層構造に変化することを見出していたが，それよりも原子半径の小さいこれらの元素では，CDWを伴った正四角格子相と2層構造相の間に，CDWのない正四格子相が現れること，また，原子半径が小さくなるにつれて，その領域が広がることを見出した．
②については，仕込み組成を変化させるに従って，電気抵抗の振る舞いが連続的に変化する試料は得られたが，CDW等の構造的な観点からの変化は見い出せず，また，格子定数の変化もLnTeSb系に比べると非常に小さいことが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
試料作製に関しては順調に進展しているが，ヘリウム不足・高騰により，当該物質のディラック電子の伝導特性を明らかにする実験のみならず，作成した試料のホール効果等の基本的な電気磁気測定すら行えていないため，遅れているとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
GM冷凍機を用いて2K以下の低温環境を実現する装置を製作中であり，これが完成すれば，作成した試料のホール効果等の基本的な電気磁気測定が測定可能になる．
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| Causes of Carryover |
本研究は，電子構造とフィリングの制御を行ったトポロジカル半金属物質試料の系統的試料作製（①）と，その物性測定（②）を行い，対象物質中のディラック電子の伝導特性を明らかにするものである．①に関しては順調に進行しているものの，昨今のヘリウムガスの不足とその価格の高騰から，現在，寒剤の供給は，緊急度の高いユーザーや優先度の高い大学の共有装置のみに限られ，②に関する実験の遂行が困難となっている．この現状を踏まえて，研究方法の再検討を行い，研究室で所有している冷凍機の部品の一部（圧縮機）を強化することで，より低温まで測定域を広げる方法へ変更することとしたが，当初予定していた令和４年度の予算では，これに必要な費用が不足するため，研究費の前倒し支払い請求を行った．
納入された装置を用いれば，ヘリウムガスの液化・再利用が可能になるので，この液化したヘリウムを真空蒸発冷却することにより，研究に必要な温度まで試料の冷却を行う装置を製作・運用し，研究目的の達成を目指す．
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