二次元三角格子系バナジウム硫化物におけるスピン・軌道・電荷複合物性と新奇基底状態

二维三角晶格硫化钒的自旋轨道电荷复杂物理性质和新型基态

基本信息

批准号：
07J05142
负责人：
片山尚幸
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、二次元三角格子LiVX_2系(X=O,S,Se)の物性探索を行ってきた。LiVO_2は全温度領域でモット絶縁体であり、約500Kで三量体スピン一重項という非自明な磁気的基底状態を形成する。カルコゲン元素をO-S-Seと変化させることによって遍歴性を高め、三量体スピン一重項相を抑制し、系を金属化することが可能である。本研究ではこれまでに、三量体スピン一重項絶縁体相近傍の金属相において、三量体化に向けたVの格子異常と、それに伴う擬ギャップの形成が生じることを電子線回折・磁化測定から明らかにしてきた。相境界近傍での擬ギャップはスピン一重項の系で見いだされた新しい現象であり、銅酸化物系高温超伝導体の擬ギャップ金属相との関係も興味深い。昨年度の研究でLiVX_2系の基礎物性を明らかにすることに成功したため、本年度は(1)擬ギャップ金属相の詳細を明らかにする、(2)Li量制御によるスピン一重項の融解・金属化、という二つのテーマに取り組み、以下に示す結果を得た。(1)擬ギャップ金属相の物理の解明擬ギャップ金属相では、三量体化に向けたVの短距離秩序が発達する。短距離秩序発達にともなって、V-V間距離がどのように変化するか明らかにするため、SPring-8においてLiVO_2,LiVS_2高温相のEXAFS測定を行った。LiVO_2,LiVS_2ともに低温は三量体スピン一重項絶縁体相で共通しているが、高温相が異なり、LiVO_2は絶縁体、LiVS_2は金属(擬ギャップ金属)となる。EXAFS測定の結果、LiVO_2では短距離秩序の発達がなく、V-V間距離が一定であることを示す強度の強いピークを観測した。一方、LiVS_2ではV-V間距離を示すピークが何故か完全に消失した。これはVが固体中であたかも液体のように振舞っていることを示唆しており、擬ギャップ相に見出された新しい物理である。(2)Li量制御によるスピン一重項絶縁体相の融解スピン一重項を融解して金属化するための新たなアプローチとして、Li量の制御に取り組んだ。具体的にはLiVS_2からLiを取り除いたLi_<0.5>VS_2が全温度領域で金属となることを見出した。このLi_<0.5>VS_2は345Kで常磁性金属-キュリーワイス常磁性金属転移を示す。同時にhexagonalからmonoclinicへの対称性の低下が起きること、Vの形式価数が3.5+と半整数価数であること、などから、driving forceとしてband Jahn-Teller転移が期待された。また、本研究の成果によって、Li_xVS_2系(0≦x≦1)が多彩な新奇相転移

在本研究中，我们研究了二维三角晶格LiVX_2体系（X=O，S，Se）的物理性质。 LiVO_2在整个温度范围内都是莫特绝缘体，并在约500K时形成三聚体自旋单线态的非平凡磁性基态。通过将硫族元素改为O-S-Se，可以增加循环性，抑制三聚体自旋单线态相，并使体系金属化。在这项研究中，我们之前已经通过电子衍射和磁化证明了 V 向三聚化的晶格异常以及相关的赝能隙的形成发生在三聚自旋单重态绝缘体相附近的金属相中。相界附近的赝能隙是自旋单重态系统中发现的新现象，其与铜酸盐基高温超导体的赝能隙金属相的关系也很有趣。去年的研究成功地阐明了LiVX_2体系的基本物理性质，因此今年我们将（1）阐明赝能隙金属相的细节，（2）通过控制Li的量来熔化和金属化自旋单线态，我们致力于这两个主题并得到了如下所示的结果。 (1)赝能隙金属相的物理原理的阐明在赝能隙金属相中，V向三聚化的短程有序化发展。为了阐明V-V距离如何随着短程有序的发展而变化，在SPring-8上对LiVO_2和LiVS_2高温相进行了EXAFS测量。 LiVO_2和LiVS_2在低温下均具有三聚体自旋单线态绝缘体相，但它们的高温相不同：LiVO_2是绝缘体，LiVS_2是金属（赝带隙金属）。 EXAFS 测量的结果是，我们在 LiVO_2 中观察到一个强峰，表明没有出现短程有序，并且 V-V 距离是恒定的。另一方面，在LiVS_2中，表示V-V距离的峰值由于某种原因完全消失。这表明 V 的行为就像固体中的液体一样，是在赝能隙相中发现的一种新物理现象。 (2)通过控制Li的量来熔化自旋单线态绝缘体相我们致力于控制Li的量，作为熔化自旋单线态并将其转化为金属的新方法。具体来说，我们发现通过从LiVS_2中除去Li而获得的Li_<0.5>VS_2在整个温度范围内都变成金属。该Li_<0.5>VS_2在345K时表现出顺磁金属-居里-魏斯顺磁金属转变。同时，对称性从六方晶系降低到单斜晶系，并且V的形式化合价为3.5+，为半整数化合价，因此，Jahn-Teller跃迁有望成为驱动力。此外，本研究结果表明Li_xVS_2体系（0≤x≤1）表现出多种新颖的相变。