研究課題
励起子絶縁体候補物質であるTa2NiSe5のTaおよびNiサイトの元素置換物質の物性測定を行った。母物質では励起子絶縁体転移温度Tc~328Kで電気抵抗に折れ曲がりが観測され、元素置換によってTcが減少した。TaサイトをVとNb、NiサイトをCoとFeで置換することができ、Tcの抑制の置換量依存性は置換する元素によって異なることがわかった。特にVとCoでは抑制が顕著であった。Co置換ではキャリアドーピング効果、V置換では電子格子相互作用の変化や不純物による励起子対破壊効果がTc抑制の原因であると考えられる。また、Ta2NiSe5は圧力下で励起子絶縁体状態は圧力下で不安定化し、Ps=3GPa以上でTcは一次転移的に消失する。Ps以上の高圧相では、電子状態は金属的になりT*より低温で新たな構造相転移を示し、混成ギャップを形成する。この高圧相の電子状態を調べるために、VおよびCoで置換したTa2NiSe5の圧力下電気抵抗測定を行った。V置換では、母物質と類似の圧力-温度相図を得た。一方、Co置換では、T*が観測されなかった。T*の消失はCo置換によるキャリアドープが起源と考えられる。上記の元素置換によりTcは抑制されるが、電子状態は半導体的なままであった。近年、Ta2NiSe5への光照射によって半導体的な電子状態から半金属状態へ変化することが見出されており、オプトエレクトロニクスの観点から注目されている。本研究では、TaをTi置換した物質の合成にも成功し、電気抵抗が低温に向かって減少する金属的な振る舞いを観測した。低温で比較すると電気抵抗は5桁程度も劇的に抑制され、Taサイトへのキャリアドープ効果が起源と考えられる。ただし、光照射による電子状態の変化には構造変化の可能性も示唆されており、Ti置換において構造がどのように変化しているか詳細に調べていく必要がある。
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