励起子絶縁体候補物質(TaTi)NiSeへの圧力効果

Pressure effects on exciton insulator candidate (TaTi)NiSe

土田 駿*; 広瀬 雄介*; 関川 卓也; 大野 義章*; 摂待 力生*

Tsuchida, Shun*; Hirose, Yusuke*; Sekikawa, Takuya; Ono, Yoshiaki*; Settai, Rikio*

励起子絶縁体は、結晶中で電子と正孔が結合し、それらが集団的に振る舞うことで結晶全体が絶縁体化する性質を有し、新規物性として注目され始めた。本研究では、励起子絶縁体の候補物質の一つであるが合成自体が困難で物性解明が進んでいないTaNiSeに着目し、まずキャリアドープを目的とした元素置換試料(TaTi)NiSeの育成を行い、圧力効果を調べた。(TaTi)NiSeはx=0.03の試料は、常圧では半導体的な振る舞いを示すが、圧力の増加に伴い半導体から絶縁体に変化する温度Tcが単調に減少していく。一方で、x=0.08の試料は常温では金属的な振る舞いを示し、0.7GPa以上の圧力でTcがほぼ一定となった。x=0.03の試料のTcの振る舞いは先行研究で行われたV置換に、x=0.08の試料は先行研究で行われたCo置換の振る舞いに類似していることを明らかにした。本研究で示した相転移は、励起子絶縁体を実現するための新たな知見となりうる。

Exciton insulators have the property that the entire crystal becomes an insulator due to the collective behavior of electrons and holes bound together in the crystal, and have begun to attract attention as a new physical property. In this study, we focused on TaNiSe, which is one of the excitonic insulator candidates, but its synthesis itself is difficult and its physical properties have not yet been clarified. The (TaTi)NiSe sample with x=0.03 exhibits semiconducting behavior at normal pressure, but the temperature Tc, which changes from semiconductor to insulator, decreases monotonically with increasing pressure. On the other hand, the x=0.08 sample exhibits metallic behavior at room temperature, and Tc becomes almost constant at pressures above 0.7 GPa. The x=0.03 sample's Tc behavior is similar to that of the V substitution in the previous study, and the x=0.08 sample is similar to that of the Co substitution in the previous study. The phase transition shown in this study may provide new insight into the realization of excitonic insulators.