Quantum properties of true topological semimetal of single-crystal RTeSb with precise symmetric decision and carrier control.

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K03528
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 野上 由夫 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (10202251)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 近藤 隆祐 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (60302824)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 固体物理 / トボロジカル絶縁体 / 構造物性 / トポロジカル半金属

Outline of Annual Research Achievements

令和４年度においては以下の研究をおこなった。
その１　構造物性測定用極低温冷却器の作成。ヘリウム供給が容易ではない現状を鑑み、4K冷凍機とヘリウム４ガス循環系を組み合わせ極低温構造物性装置を開発した。現在、４K冷凍機はすでに納入され、自作部分についての工作も完成しつつあり、今後は冷却試験と運転に移行する。その２　研究対象物質の系統的なCDW測定　トポロジカル半金属の有力候補物質であるReTe1-xSb1+xに於いては、希土類元素Reの種類とxの量に依存して、構造対称性の変化が起こることを、世界に先駆けて発見していたが、その詳細測定を開始した。CDWの発生するxの領域を精密X線構造解析で調べたところ、Teが大きい(xが小）ところでは、不整合波数のCDWが発生することがわかった。なお希土類の影響に対しては、一般に重希土類より軽希土類のReTe1-xSb1+xのほうがCDWは発生しやすく（つまりxが大きくても発生し始める）、これはランタノイドの原子半径の増加による減圧効果と考えられる。しかしLaとCeを比較すると、CeのほうがCDWが起こりやすく、唯一の例外になる。これは上記の原子半径の変化による減圧効果よりも、Ceにおける4fと3d電子の軌道混成効果がまさるためである。このCDWの影響を避け、CDWが存在しないところでトポロジカル半金属特有の、低温電子物性を測定しはじめた。その3　系統的な二倍超格子測定　ReTe1-xSb1+xに於いては、上記のCDWに加え２倍の超格子構造が発生する。その発生するxの領域を精密X線構造解析で調べたところ、希土類元素Reの種類とxの量に依存してTeが小さい(xが大）ところでは発生しやすいことがわかった。この相転移の詳細を調べたところ、物性に大きく影響を与える反転対称の消失を見出した。これらの情報は今後の物性の理解の上で重要である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

順調に進展していると判断する理由は、まずは、4K冷凍機とヘリウム４ガス循環系を組み合わせた、液体ヘリウム不要の新方式極低温構造物性装置を開発したことである。これにより、運転費用を抑え、自動的にトポロジカル半金属の低温物性を測定することが可能になる。
更に、ReTe1-xSb1+x、ReTe1-xBi1+xなどの純良単結晶を系統的に安定して作成することが可能になり、今後の研究の見通しが良好になった。
作成した十数種類に及ぶ単結晶試料の解析はX線構造解析装置により、迅速にCDWの有無、２倍超格子形成相転移の有無が判別され、それぞれについて、平均構造および超格子構造の原子位置が求まっており、これを用いれば電子構造計算など今後の研究のさらなる進展が可能である。

Strategy for Future Research Activity

順調に進展しているので、基本的には研究計画の大きな変化はないが、もう少しで完成する構造物性測定用極低温冷却器を完成させ、その試運転の後、精密構造評価によりトポロジカル半金属であることが確証している純良単結晶について、低温での特徴的な電子物性を集中的に測定していくことになる。
また２倍の超格子形成物質についても興味がもたれる。超格子により、ドメインに分裂する可能性が大きいが、歪みを加えた状態で超格子形成温度を通過させ、単一ドメイン化する。つまり２倍の超格子形成が起こった試料について、軸を揃えた状態で本質的な電子物性を今後測定する予定である。

Causes of Carryover

納期の関係等で200,000程度の少額予算が余ったが、これは来年度に有効に活用する。