トポロジカルな電子状態が誘起するネルンスト効果の解明と高性能層状熱電材料の開発

拓扑电子态引起的能斯特效应的阐明和高性能层状热电材料的开发

基本信息

批准号：
20J11036
负责人：
横井滉平
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は昨年度得られたネルンスト効果の圧力依存性についての結果をまとめ、学術論文投稿を行った。また、圧力下での電気抵抗率測定を行い、ホール効果についても圧力印加に伴って、磁場依存性が変化していることを明らかにした。ネルンスト効果、ホール効果の両方の現象で特異な磁場依存性が現れたことから、これらはノーダルラインフェルミオンの持つベリー曲率を反映した現象であることがより強く示唆された。この結果からノーダルラインフェルミオンの特性の一端が明らかとなった。さらに、これらの現象がノーダルラインフェルミオンに普遍的な現象であることを調べるべく、ノーダルラインフェルミオンの数が減少したInTaSe2や、類似した電子構造を持ちながらもノーダルラインフェルミオンが存在しないPbTaS2の合成を行い、そのネルンスト効果、ホール効果の測定を試みた。InTaSe2についても単結晶が得られたものの、物性測定は困難な結晶のサイズであった。PbTaS2については単結晶合成の結果、最大2 cm四方の大きな単結晶を得ることに成功したものの、化学気相法による単結晶化の際に用いた塩素が結晶中に取り込まれていることが分かった。塩素ドープによって電子状態は理論計算から推定されるものとは違っている可能性があるが、そのネルンスト効果、ホール効果を測定した結果はシンプルな通常電子モデルで説明可能なものとなっており、PbTaSe2で観測された特異な磁場依存性がノーダルラインフェルミオンと関係していることを補強する結果が得られた。またFe3GeTe2についても異常ネルンスト効果の測定を行った結果、バルク結晶では単原子層の異常ネルンスト効果とは温度依存性や信号の符号が異なる結果が得られ、単純な線ノード構造による異常ネルンスト効果ではない可能性が明らかとなった。

今年，我们总结了去年关于能斯特效应压力依赖性的研究成果，并提交了学术论文。我们还测量了压力下的电阻率，发现霍尔效应的磁场依赖性随着压力的施加而变化。能斯特效应和霍尔效应的独特磁场依赖性强烈表明这些现象反映了节线费米子的贝里曲率。这一结果揭示了节线费米子的一些特征。此外，为了研究这些现象是否适用于节线费米子，我们研究了节线费米子数量减少的 InTaSe2 和具有相似电子结构但具有节线费米子的 InTaSe2，我们合成了 PbTaS2。不存在，并尝试测量其能斯特效应和霍尔效应。虽然也获得了InTaSe2单晶，但晶体的尺寸使其物理性质难以测量。通过单晶合成PbTaS2，我们成功获得了2cm见方的大单晶，但发现通过化学气相法单晶化时使用的氯被掺入到晶体中。尽管由于氯掺杂，电子态可能与理论计算估计的不同，但可以使用简单的正常电子模型来解释能斯特效应和霍尔效应的测量结果，这些结果证实了在 PbTaSe2 中观察到的独特的磁场依赖性。与节线费米子有关。此外，通过测量Fe3GeTe2的反常能斯特效应，我们发现块体晶体中反常能斯特效应的温度依赖性和信号符号与单原子层中的反常能斯特效应不同，并且反常能斯特效应是由于一个简单的线节点结构很明显是不可能的。