2021 Fiscal Year Research-status Report
NMR測定からアプローチするディラック電子の特異な反磁性と磁場下の電子状態
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21K03450
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
中井 祐介 兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (90596842)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核磁気共鳴 / NMR / Dirac電子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧力下の黒リンのバンド構造の変化に関する情報を得るために、半導体・半金属転移点の近傍の圧力下において低温・強磁場まで31P-NMR（核磁気共鳴）測定を行った。この圧力下の高温領域では、磁場依存性を考慮しない第一原理計算で求められたエネルギーバンドの圧力依存性（圧力印加とともに電子状態密度は増加する）から期待される振る舞いと矛盾しないNMR緩和率を示す一方、低温領域では十分半金属相に相当する圧力領域でのNMR緩和率よりも大きな値を示すことがわかった。この結果は、キャリア数の違いおよびディラック電子系特有のゼロモードランダウ準位と関係している可能性が挙げられる。さらに、24 TまでのNMR緩和率の磁場依存性測定も行った結果、半導体・半金属転移点の近傍では十分に半金属相になっている圧力領域よりもNMR緩和率の磁場依存性が抑制されていることが分かった。以上の結果は、圧力によって大きく変化する黒リンのキャリア数およびバンド構造の変化を反映していると推察される。
印加磁場方向に依存して特異な物性（トポロジカル相）を示すことが報告されている近縁物質においても、その磁場誘起特性の起源を微視的に解明するためにNMR測定に着手した。単結晶を用いたNMR信号の観測に成功し、サイトの同定を行った。輸送測定において、磁場誘起の異常が観測される温度・磁場領域において、NMRスペクトルにも顕著な磁場方向依存性が見られることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の第一の目標である、半金属相から半導体・半金属転移点近傍までの圧力範囲におけるNMR緩和率のおおよその温度・磁場依存性を測定することができた。現在、圧力下の半金属相黒リンの強磁場NMR測定に関する結果をまとめた論文を執筆中である。
また、印加磁場に依存して特異なトポロジカル物性を示す近縁物質の研究にも着手することができ、NMRスペクトルにも磁場方向依存性に関連すると考えられる結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
圧力下の黒リンの31P-NMR実験を継続し、共同実験施設にて未取得の強磁場領域でのデータ測定も行いながら、得られたデータをまとめて論文を執筆・投稿する。
また、今年度着手した近縁物質に関するNMR測定もさらに進める。特に、今年度測定を開始した物質は磁場印加方向が物性に大きな影響を与えることから、角度回転機構を用いて磁場印加方向を精密に制御しながら、NMRスペクトルおよび緩和率の磁場依存性を測定する。
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| Causes of Carryover |
ヘリウムガスの回収率が想定より高く、その結果ヘリウムガスの使用量を抑制することができたのが残額が生じた主な理由である。次年度は高騰が続く寒材費用に充当する計画である。
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