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

通过核磁共振测量得出狄拉克电子的特殊抗磁特性和磁场下的电子态

• 批准号: 21K03450
• 负责人: 中井 祐介
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: University of Hyogo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03450/
• 关键词: 核磁気共鳴; NMR; Dirac電子; 黒リン; 核磁気共鳴; NMR; Dirac電子; 黒リン

昨年度までの我々のNMR実験から黒リンの半金属相（1.6 GPa）において、ディラックフェルミオンが存在する証拠となるゼロモードランダウ準位がNMR緩和率の磁場依存性に反映されることを明らかにしてきた（今年度その内容が出版された）。この結果は、NMR測定がトポロジカル物質の微視的な特性や挙動についての知見を提供し、その研究に有用であることを示す結果である。そこで、圧力印加に伴って黒リンのディラック半金属相がどのように変化するかを微視的観点から調べるために、半導体・半金属転移点のごく近傍の半金属相においても31P-NMR（核磁気共鳴）測定を行った。低温においてNMR緩和率の磁場依存性測定を14Tまで行い、転移点ごく近傍の半金属相でもディラック電子系特有の振る舞いが見られることを明らかにした。また、緩和率の磁場依存性の結果からディラック半金属相におけるフェルミ速度が圧力によって変化することが分かった。これにより、黒リンのディラック半金属相の電子相関に関する洞察を得ることができた。また、NMR緩和率とは異なる観点から黒リンのディラック半金属相の性質を調べるために単結晶黒リンを用いた圧力下での精密NMRシフト測定を開始した。今年度は微小なNMRシフトを圧力セル内で精密に決定する方法の検討を行い、その実装を完了した。他には、昨年度実験に着手した、印加磁場に依存して特異なトポロジカル物性を示す黒リンの近縁物質において、角度回転機構を用いて磁場印加方向を精密に制御することによって、NMRスペクトルの角度依存性を明らかにすることができた。

直到去年的NMR实验表明，在黑磷的半金属阶段（1.6 GPA），零模式Landau级别（零模式Landau级别）反映在NMR弛豫率的磁场依赖性（本财年的内容）中反映了DIRAC费米子的存在。这些结果表明，NMR测量结果为拓扑材料的微观特性和行为提供了见解，对研究很有用。因此，为了从显微镜的角度研究黑磷的狄拉克半金属阶段随着压力施加的变化，在半金属过渡点附近，还以半金属相的测量进行了31p-NMR（核磁共振）测量。 NMR松弛率的磁场依赖性在低温下的低温下测量，表明即使在过渡点附近的半金属相中，狄拉克电子系统所独有的行为也可以看到。此外，松弛速率的磁场依赖性表明，狄拉克半金属相变的费米速度随压力而变化。这为黑磷的狄拉克半金属相的电子相关性提供了深入的了解。此外，为了从与NMR弛豫率不同的角度研究黑磷的狄拉克半金属相的性质，在压力下使用单晶黑磷的精度NMR偏移测量开始了。今年，我们研究了一种精确确定压力电池内的小型NMR偏移的方法，并完成了实施。此外，在黑色磷的近亲的实验中，黑色磷的近亲取决于所施加的磁场，这取决于我们去年进行的，我们能够通过使用角度旋转机制来精确控制磁场的应用方向来阐明NMR光谱的角度依赖性。