| 研究課題/領域番号 |
18H01172
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
松林 和幸 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (10451890)
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| 研究分担者 |
片山 尚幸 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758)
北川 健太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (90567661)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 励起子 / 超伝導 / 圧力効果 / 量子臨界現象 |
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| 研究実績の概要 |
近年、半世紀以上前に予言された電子と正孔による励起子の凝縮相と関連した物性が注目を集めている。その有力な候補物質である擬1次元物質Ta2NiSe5は、高圧力印加による半導体-半金属転移に伴って励起子相に起因すると考えられる相転移が抑制される近傍で超伝導を示す。本研究では高圧力下における精密物性測定により、超伝導相と励起子相の相関を明らかにすることを目的として研究を行った。
高圧半金属相での電気抵抗測定において、低圧半導体相と類似したギャップ的な異常T*が見出されていたが、本研究では圧力下ホール効果測定を行ったところ、T*以下の温度域では励起子形成に伴うキャリア数の減少を示唆するホール係数の絶対値の増大が観測された。また、その異常は加圧とともに抑制し、T*が絶対零度に向かって消失する圧力付近でドーム状の超伝導相が出現することが明らかとなった。
加圧による金属化とともに、層状構造を有するTa2NiSe5の電気伝導の異方性がどのように変化しているかを明らかにすることはその電子状態を議論する上で重要な意義がある。そこで、同一圧力下において各主軸方向の電気抵抗率の測定を行い、面内および層間の電気抵抗率の圧力変化を調べた。その結果、約3万気圧における構造相転移を境に、層間の電気抵抗率が顕著な減少を示すことを見出した。この実験結果は、過去に行われた高圧X線回折実験から評価された格子定数の圧力依存とコンシステントであり、加圧に伴う系の次元性の変化が励起子相の不安定化と関係していることを示唆している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Ta2NiSe5に関しては、電気抵抗率の異方性測定およびホール効果測定を高圧力下で系統的に行うことに成功し、圧力誘起半導体-半金属転移に伴って系の異方性が変化することが励起子相の不安定化に関与している可能性を見出した。また、関連するいくつかの低次元物質において、電荷密度波と超伝導の相関に関して化学置換または物理的圧力を用いた包括的な相図を得ることにも成功した。Ta2NiSe5の高圧相で出現する超伝導相や励起子相の電子状態の理解にはさらなる実験結果を蓄積する必要があるが、関連物質も含めた系統的な研究が順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
Ta2NiSe5において観測された圧力印加に伴う電気抵抗の異方性の変化が類似構造を有するTa2NiS5においても観測されるか否かを確かめる。また、Ta2NiSe5の圧力誘起超伝導に関しては、上部臨界磁場の異方性や超伝導転移に伴う比熱異常を実験的に明らかにする。さらに本年度は物質および測定の幅を広げ、励起子凝縮を示す可能性が議論されている他の物質群に対する高圧下物性測定や、励起子相の形成を実験的に検証るための新たなプローブと期待される非線形伝導に着目した研究にも取り組む予定にしている。
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