NMR測定からアプローチするディラック電子の特異な反磁性と磁場下の電子状態

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昨年度までの我々のNMR実験から黒リンの半金属相（1.6 GPa）において、ディラックフェルミオンが存在する証拠となるゼロモードランダウ準位がNMR緩和率の磁場依存性に反映されることを明らかにしてきた（今年度その内容が出版された）。この結果は、NMR測定がトポロジカル物質の微視的な特性や挙動についての知見を提供し、その研究に有用であることを示す結果である。そこで、圧力印加に伴って黒リンのディラック半金属相がどのように変化するかを微視的観点から調べるために、半導体・半金属転移点のごく近傍の半金属相においても31P-NMR（核磁気共鳴）測定を行った。低温においてNMR緩和率の磁場依存性測定を14Tまで行い、転移点ごく近傍の半金属相でもディラック電子系特有の振る舞いが見られることを明らかにした。また、緩和率の磁場依存性の結果からディラック半金属相におけるフェルミ速度が圧力によって変化することが分かった。これにより、黒リンのディラック半金属相の電子相関に関する洞察を得ることができた。また、NMR緩和率とは異なる観点から黒リンのディラック半金属相の性質を調べるために単結晶黒リンを用いた圧力下での精密NMRシフト測定を開始した。今年度は微小なNMRシフトを圧力セル内で精密に決定する方法の検討を行い、その実装を完了した。他には、昨年度実験に着手した、印加磁場に依存して特異なトポロジカル物性を示す黒リンの近縁物質において、角度回転機構を用いて磁場印加方向を精密に制御することによって、NMRスペクトルの角度依存性を明らかにすることができた。