Study of exciton condensation in the visinity of insulator-to-metal transition

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26870265
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 井村 敬一郎 名古屋大学, 理学研究科, 助教 (10444374)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 発光分光 / 高圧物性

Outline of Annual Research Achievements

電子とホールの束縛状態である励起子（エキシトン）は、半導体中においては光励起により生成し、短寿命の後に電子とホールに再結合することが知られている。一方、理論的には無限の寿命を持ち、基底状態として存在する励起子とそのボーズ凝縮相（エキシトニック絶縁体相）は、絶縁体・金属転移の近傍において発現が予想されているものの、実験的には明らかになっていない。
本研究の目的は、硫化サマリウム（SmS）を研究対象に、圧力誘起絶縁体・金属転移近傍に発現しうる、励起子絶縁体相の可能性を実験的に追求することである。本年度は、SPring-8のBL12XUを利用した高圧下共鳴発光分光を行い、SmSの半金属相であるgolden phaseに特に着目し、Smイオン価数の温度・圧力変化の観測に取り組んだ。
SmSは常圧においては絶縁体であり、Smイオンの価数は2価である。これに圧力を加えることで絶縁体・金属転移を示す臨界圧力において、およそ2.6価の中間価数状態に一次転移を示すことを明らかにした。また、半金属相において価数の温度依存性を調べたところ、温度の低下と共に価数が減少することを明らかにした。
これらの結果は、SmSの絶縁体・金属相転移の発現メカニズム、及び、半金属相の基底状態（4f電子と5dホールがエキシトン的な束縛状態を形成していると示唆されている）においては、価数の不安定性が重要な役割を担っていることを示唆するものである。

Research Products

• [Journal Article] Pressure-Driven Quantum Criticality and T-H Scaling in the Icosahedral Au-Al-Yb Approximant (2016)
  • Author(s): S. Matsukawa, K. Deguchi, K. Imura, T. Ishimasa, and N. K. Sato
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 85 Pages: 063706
  • DOI: http://doi.org/10.7566/JPSJ.85.063706
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 価数揺動物質SmSの静水圧下超音波実験 (2017)
  • Author(s): 赤津光洋, 瓦井有香, 三本啓輔, 根本祐一, 後藤輝孝, 井村敬一郎, 佐藤憲昭, 鈴木博之
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] SmSの光誘起相転移ダイナミクスII (2017)
  • Author(s): 竹野祐輔, 根来雄介, 渡邊浩, 井村敬一郎, 鈴木博之, 佐藤憲昭, 木村真一
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] CeCu6-xAuxにおける非フェルミ液体挙動の研究 (2016)
  • Author(s): 井村敬一郎
  • Organizer: 第二回強相関電子系研究会（Dandan2016）
  • Place of Presentation: 島根大学松江キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-23 – 2016-09-23
  • Invited
• [Presentation] Study on electronic states of the mixed-valence compound SmS by resonance x-ray emission spectroscopy under high pressure (2016)
  • Author(s): K. Imura, Y. Suzuki, N. Kawade, Y. Yamamoto, H. Yamaoka, N. Hiraoka, H. Ishii, H. S. Suzuki, J. Mizuki, K. Deguchi and N. K. Sato
  • Organizer: International Conference on Low Energy Electrodynamics in Solids
  • Place of Presentation: Hotel LAFORET Biwako, Japan
  • Year and Date: 2016-05-30 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photo-induced phase transition of SmS (2016)
  • Author(s): Yusuke Takeno, Yusuke Negoro, Simon, Hiroshi Watanabe, Keiichiro Imura, Hiroyuki Suzuki, Noriaki Kensho Sato, and Shin-ichi Kimura
  • Organizer: International Conference on Low Energy Electrodynamics in Solids
  • Place of Presentation: Hotel LAFORET Biwako, Japan
  • Year and Date: 2016-05-30 – 2016-06-03
  • Int'l Joint Research