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Metallization and pressure-induced superconductivity in carrier doped excitonic insulator (Ta$$_{1-x}$$Ti$$_x$$)$$_2$$NiSe$$_5$$

キャリアドープした励起子絶縁体(Ta$$_{1-x}$$Ti$$_x$$)$$_2$$NiSe$$_5$$の金属化と圧力誘起超伝導

土田 駿*; 廣瀬 雄介; 関川 卓也; 大野 義章*; 平原 卓也*; 佐野 純佳*; 河口 彰吾*; 小林 慎太郎*; 上床 美也*; 摂待 力生*

Tsuchida, Shun*; Hirose, Yusuke; Sekikawa, Takuya; Ono, Yoshiaki*; Hirahara, Takuya*; Sano, Sumika*; Kawaguchi, Shogo*; Kobayashi, Shintaro*; Uwatoko, Yoshiya*; Settai, Rikio*

本研究では、励起子絶縁体Ta$$_2$$NiSe$$_5$$へのキャリアドープ効果を調べるために、(Ta$$_{1-x}$$Ti$$_x$$)$$_2$$NiSe$$_5$$の単結晶合成し、電気抵抗$$rho$$ホール係数$$R_{rm H}$$およびバンド計算を行った。TaサイトのTi元素置換により、結晶構造は変化せず励起子絶縁体転移温度$$T_{rm c}$$は連続的に抑制され$$x$$=0.104で83Kまで抑制された。置換量$$x$$を増やしていくと、半導体的な$$rho$$や$$R_{rm H}$$の低温での増大が著しく抑制され、$$x>0.06$$では金属的な振る舞いに変わることを見出し、励起子相関のある金属状態が実現されている可能性がある。この金属化はバンド計算により、キャリアドーピング効果によって説明できる。このキャリアドープ物質を加圧していくと、2.6GPa以上で超伝導となることを明らかにした。この圧力は母物質Ta$$_2$$NiSe$$_5$$の圧力誘起超伝導が現れる8GPaよりもはるかに小さく、Ti置換によるキャリアドープが超伝導に有利に働いたと考えられる。

We investigated the carrier doping effect on an excitonic insulator Ta$$_2$$NiSe$$_5$$ by means of the electrical resistivity $$rho$$ and Hall coefficient $$R_{rm H}$$ using single crystals of (Ta$$_{1-x}$$Ti$$_x$$)$$_2$$NiSe$$_5$$, and band calculation. The excitonic transition temperature $$T_{rm c}$$ is continuously suppressed to 83 K at $$x$$ = 0.104 while preserving the crystal structure. With increasing substitution concentration $$x$$, a semiconducting increment of $$rho$$ and $$R_{rm H}$$ is strongly suppressed and a metallic behavior is observed at $$x$$ > 0.06. Ti substitution can realize an excitonic correlated metallic state. This metallization is explained by the hole doping effect based on the band calculations. Applying pressure to the carrier doped (Ta$$_{1-x}$$Ti$$_x$$)$$_2$$NiSe$$_5$$, we found superconductivity above 2.6 GPa, which is much smaller than that of Ta$$_2$$NiSe$$_5$$ around 8 GPa. The carrier doping induced by Ti substitution favors superconductivity in this compound.

発表言語

 :

English

掲載資料名

 :

Journal of the Physical Society of Japan

巻

 :

94

号

 :

11

ページ数

 :

p.114703_1 - 114703_7

発行年月

 :

2025/10

発表会議名

 :

開催年月

 :

開催都市

 :

開催国

 :

キーワード

 :

no keyword

特許データ

 :

PDF

 :


論文URL

 :

https://doi.org/10.7566/JPSJ.94.114703

研究データの公開先DOI

 :

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使用施設

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広報プレスリリース

 :

論文解説
(JAEA R&D Navigator)

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