2022-05-23 アルゴンヌ国立研究所(ANL)
コンピュータ用半導体や最新の通信機器において、より効率的に電荷を伝導させる方法を見つけることは、デバイスの小型化、デジタル処理速度の向上、エネルギー消費の低減などが期待できる。
このような可能性を実現するためには、物質が電気を通さない状態から通す状態へと変化するときに、電子的に何が起こるのかを解明しなければならない。アルゴンヌとブルックヘブンの2つの国立研究所の物理学者が、APSを用いたSr3Ir2O7の共鳴非弾性X線散乱(RIXS)測定について報告した。
スペクトルの縦成分を分離することにより、磁気モードは磁気的・構造的なブリルアンゾーン中心でよく定義されるが、これらの高い対称性の間の電子連続体と融合し、物質の抵抗率の低下と同時に加熱により減衰することを明らかにした。
電子-正孔ペアが交換相互作用によって結合している二層ハバードモデルがSr3Ir2O7のすべての電子および磁気特性を一貫して説明することを示し、この物質が長年予測されてきた反強磁性励起子絶縁体相の実現であることを示した。
＜関連情報＞
- https://www.anl.gov/article/scientists-uncover-an-exotic-magnetic-phase-of-matter
- https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=119438
- https://www.nature.com/articles/s41467-022-28207-w
Sr3Ir2O7における反強磁性励起子絶縁体状態 Antiferromagnetic excitonic insulator state in Sr3Ir2O7
D. G. Mazzone,Y. Shen,H. Suwa,G. Fabbris,J. Yang,S.-S. Zhang,H. Miao,J. Sears,Ke Jia,Y. G. Shi,M. H. Upton,D. M. Casa,X. Liu,Jian Liu,C. D. Batista & M. P. M. Dean
Nature Communications Published:17 February 2022
DO:Ihttps://doi.org/10.1038/s41467-022-28207-w
Abstract
Excitonic insulators are usually considered to form via the condensation of a soft charge mode of bound electron-hole pairs. This, however, presumes that the soft exciton is of spin-singlet character. Early theoretical considerations have also predicted a very distinct scenario, in which the condensation of magnetic excitons results in an antiferromagnetic excitonic insulator state. Here we report resonant inelastic x-ray scattering (RIXS) measurements of Sr3Ir2O7. By isolating the longitudinal component of the spectra, we identify a magnetic mode that is well-defined at the magnetic and structural Brillouin zone centers, but which merges with the electronic continuum in between these high symmetry points and which decays upon heating concurrent with a decrease in the material’s resistivity. We show that a bilayer Hubbard model, in which electron-hole pairs are bound by exchange interactions, consistently explains all the electronic and magnetic properties of Sr3Ir2O7 indicating that this material is a realization of the long-predicted antiferromagnetic excitonic insulator phase.
