対称性を活用した遷移金属カルコゲン化合物における電子機能の開拓

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本研究では，対称性を活用して興味深い物性機能をもつ物質の開拓や，これまでにない新機能をもつ物質の探索を行ってきた．そのためには，物質の本質的特性を調べられる純良な単結晶育成が必要不可欠である．本研究では主に５つの化合物（ACrX2, AgxCr2+yX4, CrX2, CrPS4, ReX2: A = Cu, Ag; X = S, Se）の純良な単結晶育成法の確立と，それらの本質的物性特性の解明を行ってきた．ACrX2はスピンの対称性の破れに加えて，空間の対称性も破れている物質であるが，それに加えて本研究によって電子同士のクーロン力の影響がとても強く働く「強相関電子系」であることを明らかにした．これらに起因する物性としてユニークな磁性と誘電特性が共存するマルチフェッロイック特性を有すること，さらに高温で熱電材料として本質的に実用化の目安であるZT = 1をもつ可能性などを指摘してきた．このACrX2に局所的空間対称性の乱れが導入された不定比性化合物AgxCr2+yX4の大型単結晶育成に成功し，その特性を初めて系統的に明らかにした．この物質では不定比性によって特性をチューニングできる可能性を指摘した．さらに，代表的な熱電材料であるBi2Te3をも凌駕する極めて低い熱伝導率をもつことが明らかにし，その結果，高温の熱電特性として，実用化の目安の倍近くの特性(ZT ～2）を持ちうることを見出した．また，ACrX2を基にした合成経路から，近年脚光を浴び始めているCrSe2や，数十年間誰も合成できなかったCrS2の単結晶を得ることにも成功した．これらは，ほとんど例のない興味深い電子軌道秩序や軌道の液体状態が実現する可能性があることを指摘した．他にもCrX2層を持たないCrPS4やReS2にも着目し，低対称性による特異なスピン秩序や興味深い1次元的電子状態を持つことも見出した．