Ultrasonic investigation of electron-phonon interaction in excitonic insulator transition

激子绝缘体转变中电子-声子相互作用的超声研究

• 批准号: 22K13999
• 负责人: 栗原 綾佑
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K13999/
• 关键词: 超音波; 励起子絶縁体; 構造相転移; ソフトモード; 電子-格子相互作用; d電子系; 電気四極子

Ta2NiSe5では，328 Kで生じる構造相転移の起源として励起子絶縁体転移が議論されている．通常，励起子絶縁体転移は電子相関が主導となりバンドが再構成されるが，Ta2NiSe5においては電子-格子相互作用の寄与も提案されており，その大きさの決定が重要な課題となっている．本研究では，電子-格子相互作用の大きさを決定するため，超音波を用いて構造相転移の弾性ソフトモードを観測し，そのソフトモードの解析から電子-格子相互作用の大きさを見積もることを目的とした．本研究課題の予備実験として，TaをVに置換した試料を用いた超音波実験を遂行した．Vドープ系では，化学圧力の効果によりバンドギャップが変化するため，構造相転移が280 K程度まで低下する．これにより，ソフトモード弾性定数C55のソフト化を観測し，電子-格子相互作用の大きさ2500 Kを決定できた．さらに電子-格子相互作用を検証するため，本研究課題ではTa2NiSe5のソフトモード観測を遂行した．Vドープ系とは異なり構造相転移が328 Kと室温以上で生じるため，ソフトモード観測のためには高温側の超音波実験が必須の課題である．それゆえ，390 Kまでの実験環境の構築を目指した．本課題で整備した高温超音波測定装置を用いてTa2NiSe5の超音波実験を遂行した結果，C55のソフトモード挙動を確認できた．他方，390 Kまでの測定ではソフトモード挙動をとらえきれず，より高温での超音波測定が必要であることが分かった．Ta2NiSe5における電子-格子相互作用を決定するためには，500 K程度までの超音波測定環境を整備しソフトモードを測定することが必要であると考えられ，次年度の課題となっている．

在 Ta2NiSe5 中，激子-绝缘体转变已被讨论为 328 K 时发生的结构相变的起源。通常，激子-绝缘体跃迁是由电子关联驱动的，并且能带重新配置，但在 Ta2NiSe5 中，电子-晶格相互作用的贡献也被提出，确定这种相互作用的大小是一个重要问题。在本研究中，为了确定电子-晶格相互作用的大小，我们利用超声波观察结构相变的弹性软模，并从软模的分析中估计电子-晶格相互作用的大小。作为本研究课题的初步实验，我们使用将Ta替换为V的样品进行了超声波实验。在V掺杂系统中，由于化学压力的影响带隙发生变化，结构相变降低至约280 K。结果，我们能够观察到软模式弹性常数 C55 的软化并确定电子-晶格相互作用的大小，2500 K。为了进一步验证电子与晶格的相互作用，在本研究项目中我们对Ta2NiSe5进行了软模式观测。与 V 掺杂系统不同，结构相变发生在 328 K（高于室温），因此高温超声实验对于软模式观察至关重要。因此，我们的目标是构建一个高达390 K的实验环境。利用本项目准备的高温超声测量设备对Ta2NiSe5进行超声实验，证实了C55的软模行为。另一方面，高达 390 K 的测量无法捕获软模式行为，并且发现需要在更高温度下进行超声波测量。为了确定Ta2NiSe5中的电子-晶格相互作用，认为有必要准备高达约500 K的超声波测量环境并测量软模式，这将是明年的主题。

项目成果

Vドープされた励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5の弾性ソフトモードと電子格子相互作用II

掺 V 激子绝缘体候选 Ta2NiSe5 II 中的弹性软模和电子晶格相互作用

• 发表时间: 2022
• 作者: 栗原綾佑;広瀬雄介;佐野純佳;三本啓輔;矢口宏;三宅厚志;徳永将史;摂待力生
• 通讯作者: 摂待力生

励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5および元素置換系の超音波測定

激子绝缘体候选材料Ta2NiSe5的超声测量及元素替代体系

• 发表时间: 2023
• 作者: 栗原綾佑;広瀬雄介;佐野純佳;三本啓輔;矢口宏;三宅厚志;徳永将史;摂待力生
• 通讯作者: 摂待力生