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分光イメージング走査型顕微鏡によるバンド幅制御Mott転移近傍の電子状態の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H01855
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

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)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2019年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
キーワード走査型トンネル顕微鏡 / 分光イメージング / Mott絶縁体 / バンド幅制御 / フォノン / Dirac電子 / 電子ネマティシティ / Mott転移 / 電荷密度波 / 1T-TaS2 / NiS2
研究開始時の研究の概要

本研究は、SのSe置換によってバンド幅制御型のMott転移を示す1T-TaS2-xSexとNiS2-xSexの二つの物質を対象に、分光イメージング走査型トンネル顕微鏡を用いて電子状態を系統的に調べ、Mott転移近傍の非自明な電子状態の探索を行うとともに、Mott転移の臨界領域における電子状態解明を行う。

研究成果の概要

分光イメージング走査型トンネル顕微鏡を用いた強相関電子系の電子状態の研究は、そのほとんどが銅酸化物超伝導体を対象にしており、その他の系に応用された例は少ない。そこで、バンド幅制御Mott転移を示す、1T-TaS2とNiS2を対象に、分光イメージングを行った。その結果、論争となっていた1T-TaS2の絶縁性の起源に関して、電子相関の重要性を改めて示した他、上部Hubbardバンド直下に形成されるフォノンと結合した新奇束縛状態を発見した。NiS2に関しては、ステップエッジに金属的状態が形成されることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

強相関電子系は、高温超伝導現象をはじめとする非自明な物性創発の舞台であり、その背景となる電子状態の実験的解明は重要な学術的意義を持つ。本研究で、論争となっていた1T-TaS2の絶縁性の起源に関する電子相関の役割が明確になったことにより、本物質を舞台とする創発現象発現の期待が高まったといえる。フォノンと結合した新奇束縛状態は、このような強相関系に特徴的なダブロン様の励起と考えられ、今後のより詳しい研究の対象として興味深い。NiS2における金属的エッジ状態も、トポロジカル物性等、他分野との関連からも重要な発見であると考えている。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Doublonlike Excitations and Their Phononic Coupling in a Mott Charge-Density-Wave System2021

    • 著者名/発表者名
      Butler C.J.、Yoshida M.、Hanaguri T.、Iwasa Y.
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 11 号: 1 ページ: 011059-011059

    • DOI

      10.1103/physrevx.11.011059

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mottness versus unit-cell doubling as the driver of the insulating state in 1T-TaS22020

    • 著者名/発表者名
      Butler C. J.、Yoshida M.、Hanaguri T.、Iwasa Y.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 2477-2477

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16132-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Scanning tunneling microscopy observation of electronic nematicity in the correlated Dirac semimetal BaNiS22022

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler, Y. Kohsaka, M. S. Bahramy, Y. Yamakawa, S. Onari, H. Kontani, T. Hanaguri, S. Shamoto
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Physical Society of Taiwan
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observation of Electronic Nematicity in the Dirac Semimetal BaNiS22022

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler, Y. Kohsaka, M. S. Bahramy, Y. Yamakawa, S. Onari, H. Kontani, T. Hanaguri, S. Shamoto
    • 学会等名
      Quantum Liquid Crystals FYR03 Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] STM observation of electronic nematicity within Landau levels at the ZrSiS surface2022

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler, M. Murase, T. Hanaguri and T. Sasagawa
    • 学会等名
      ISSP workshop “Frontier of scanning probe microscopy and related nano science”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Scanning Tunneling Microscopy Observation of Electronic Nematicity in the Dirac Semimetal BaNiS22021

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler, Y. Kohsaka, M. S. Bahramy, Y. Yamakawa, S. Onari, H. Kontani, T. Hanaguri, S. Shamoto
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Electronic nematicity observed in the correlated Dirac semimetal BaNiS22021

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler, Y. Kohsaka, M. S. Bahramy, Y. Yamakawa, S. Onari, H. Kontani, T. Hanaguri, S. Shamoto
    • 学会等名
      第15回物性科学領域横断研究会 凝縮系科学の最前線
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バンド幅制御モット絶縁体NiS2-xSexの分光イメージングSTM2021

    • 著者名/発表者名
      安井勇気, 岡崎尚太, 宮坂茂樹, 花栗哲郎, 笹川崇男, 高木英典
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Tunneling injection of doublon-like excitations and their coupling to the charge density wave in 1T-TaS22021

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler,M. Yoshida,T. Hanaguri,Y. Iwasa
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exotic Bound States and Dynamics of Electron-Phonon Coupling Observed in 1T-TaS2 Using Scanning Tunneling Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler,吉田将郎,花栗哲郎,岩佐義宏
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 1T-TaS_2_における絶縁性の起源2020

    • 著者名/発表者名
      C. J. Butler,吉田将郎,花栗哲郎,岩佐義宏
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Mottness versus unit-cell doubling as the driver of the insulating state in 1T-TaS22020

    • 著者名/発表者名
      Christopher Butler, Masaro Yoshida, Tetsuo Hanaguri, Yoshihiro Iwasa
    • 学会等名
      2020 Annual Meeting of the Physical Society of Taiwan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional stacking of two-dimensional charge density wave layers in Mott insulating 1T-TaS22019

    • 著者名/発表者名
      Christopher J. Butler
    • 学会等名
      IBS-RIKEN Joint Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 「電子の避け合い」が生む絶縁体を実証

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200518_2/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] “Tantalizing” clues about why ...(snip)

    • URL

      https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/pr/2020/20200518_2/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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