強磁場・高圧下で実現する半金属の量子極限における電子状態の解明

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本年度は、東京大学物性研究所の三宅厚志助教と協力して、パルス強磁場下で使用可能な非金属材料製のダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた半金属黒燐の磁気抵抗の角度依存測定に取り組んだ。前年度までに、Bridgman型圧力セルでは黒燐の半導体-半金属転移圧力に到達できないことが分かっていたが、より試料空間の小さなDACを用いることでこの問題を克服し、1.4および1.6 GPaにおける26 Tまでの磁気抵抗の角度依存性を得ることに成功した。得られたデータにはShubnikov-de Haas（SdH）振動と思われる非単調な構造が見られており、それが磁場印加方向を変えることで変化する様子が確認できた。振動構造が非常に小さいために周波数解析が難航しているが、今後解析を進めることで半金属黒燐のFermi面の解明が進展することが期待できる。また磁場（B）方位がB || a軸かつ1.6 GPaにおける磁気抵抗のデータでは、20 T以上の磁場領域において抵抗の上昇傾向を観測した。前年度までに得た定常磁場下の結果に基づけば、B || a軸かつ1.6 GPaでは10 T程度で量子極限状態が実現しており、20 T以上での抵抗上昇はSdH振動では説明できない。従ってこの振る舞いは、より強磁場下で起こる何らかの振る舞いの前駆現象を捉えている可能性がある。この振る舞いを理解するためには、今後より強磁場下での実験あるいは圧力によってキャリア数をより精密に制御した実験が必要であると考えられる。さらに本研究から派生する形で、東工大、ESPCI Parisなどのグループと協力して黒燐における熱伝導に関する研究を行った。その結果、黒燐におけるフォノン流がポアズイユ流として知られる流体力学的流れに従うことを明らかにした。