Novel electronic states of Mott insulators induced by electric current

电流引起的莫特绝缘体的新电子态

• 批准号: 17F17027
• 负责人: 前野 悦輝
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17027/
• 关键词: 非平衡定常状態（NESS); NESS; モット絶縁体; モット半金属; 巨大反磁性; ルテニウム酸化物; スイッチィング

本研究の目的である、直流電流による非平衡定常状態（Non-Equilibrium Steady State; NESS）で創発する新現象の開拓とその機構解明に向けた研究を進め、以下の成果を挙げた。◆ルテニウム層状酸化物Ca2RuO4におけるNESSでのモット・ギャップの減少と、それに伴って発現する巨大反磁性誘起に関し、新たな概念であるモット半金属としての理解を深めた。また、東北大学金属材料研究所の附属強磁場超伝導材料研究センターに出向いて強磁場中交流磁化率測定を行い、巨大反磁性の再現に成功した。さらに、米国Stony Brook大学との国際共同研究で、走査型近接場顕微鏡を用いて電流下での金属・絶縁体相境界の微細構造を明らかにした。この成果論文はPhys. Rev. X誌に出版された。◆2層系ルテニウム酸化物Ca3(Ru1-xTix)2O7において、電流のオン・オフによって低温での導電性および磁性のスイッチングができることを明らかにした。Ca2RuO4と比較して、反磁性が出現する類似性と、磁気秩序の安定性に関する相違点を明らかにした。また、電流密度対温度の物性状態相図を明らかにした。これらの研究成果を取りまとめて投稿した論文（arXiv:1902.02515）は、Phys. Rev. Lett.誌に掲載されることが決まった。◆NESSでのルテニウム酸化物で我々が発見した現象の一般性を明らかにするために、ルテニウム酸化物以外のモット絶縁体での同様の現象を探索した。◆2018年7月の磁性国際会議（ICM-2018, San Francisco）にて、Sowが本研究成果に関する口頭講演を行った。また、9月には北京大学での国際会議でもSowが招待講演を行った。

本研究的目的是探索直流电引起的非平衡稳态（NESS）中出现的新现象并阐明其机制，取得了以下成果。 ◆我们加深了对钌层状氧化物Ca2RuO4中NESS莫特带隙的减少以及随之发生的诱导巨抗磁性作为莫特半金属的新概念的认识。他们还前往东北大学材料研究所强磁场超导材料研究中心测量强磁场下的交流磁化率，并成功再现了巨抗磁性。此外，在与美国石溪大学的一项国际联合研究中，我们使用扫描近场显微镜阐明了电流下金属/绝缘体相界的精细结构。由此产生的论文发表在《Phys Rev》上。 ◆我们发现，通过打开和关闭两层氧化钌Ca3(Ru1-xTix)2O7中的电流，可以在低温下切换导电性和磁性。与 Ca2RuO4 相比，我们揭示了抗磁性外观的相似性和磁序稳定性的差异。我们还阐明了电流密度与温度的物理状态相图。总结这些研究成果的论文 (arXiv:1902.02515) 已决定在 Phys Rev. Lett 上发表。 ◆为了阐明我们在NESS中在氧化钌中发现的现象的普遍性，我们在氧化钌以外的莫特绝缘体中寻找类似的现象。 ◆Sow于2018年7月在国际磁学会议（ICM-2018，旧金山）上口头报告了这项研究成果。 9月，Sow还在北京大学的一个国际会议上做了特邀演讲。

项目成果

Stony Brook Univ./Stanford Univ./Univ. Illinois, Urbana-Champaign(米国)

石溪大学/斯坦福大学/伊利诺伊大学香槟分校（美国）

Seoul National Univ./Chungbuk National University(韓国)

首尔国立大学/忠北国立大学（韩国）

Current-induced giant diamagnetism and Mott semimetal behavior in single crystal Ca2RuO4

单晶 Ca2RuO4 中的电流感应巨抗磁性和莫特半金属行为

• 发表时间: 2018
• 作者: Hill Charles A.;Matsuda Frederick et. al.;C. Sow
• 通讯作者: C. Sow

Nano-Resolved Current-Induced Insulator-Metal Transition in the Mott Insulator Ca2RuO4

• DOI: 10.1103/physrevx.9.011032
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Physical Review X
• 影响因子: 12.5
• 作者: Jiawei Zhang;A. Mcleod;Q. Han;Xinzhong Chen;H. Bechtel;Z. Yao;S. G. Gilbert Corder;Thomas Ciavatti;T. Tao;M. Aronson;G. L. Carr;Michael C. Martin;C. Sow;S. Yonezawa;F. Nakamura;I. Terasaki;D. Basov;A. Millis;Y. Maeno;Mengkun Liu

Seoul National Univ./Chungbuk National Univ(韓国)

首尔国立大学/忠北国立大学（韩国）