Novel electronic states of Mott insulators induced by electric current

电流引起的莫特绝缘体的新电子态

• 批准号: 17F17027
• 负责人: 前野 悦輝
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17027/
• 关键词: 非平衡定常状態（NESS); NESS; モット絶縁体; モット半金属; 巨大反磁性; ルテニウム酸化物; スイッチィング

本研究の目的である、直流電流による非平衡定常状態（Non-Equilibrium Steady State; NESS）で創発する新現象の開拓とその機構解明に向けた研究を進め、以下の成果を挙げた。◆ルテニウム層状酸化物Ca2RuO4におけるNESSでのモット・ギャップの減少と、それに伴って発現する巨大反磁性誘起に関し、新たな概念であるモット半金属としての理解を深めた。また、東北大学金属材料研究所の附属強磁場超伝導材料研究センターに出向いて強磁場中交流磁化率測定を行い、巨大反磁性の再現に成功した。さらに、米国Stony Brook大学との国際共同研究で、走査型近接場顕微鏡を用いて電流下での金属・絶縁体相境界の微細構造を明らかにした。この成果論文はPhys. Rev. X誌に出版された。◆2層系ルテニウム酸化物Ca3(Ru1-xTix)2O7において、電流のオン・オフによって低温での導電性および磁性のスイッチングができることを明らかにした。Ca2RuO4と比較して、反磁性が出現する類似性と、磁気秩序の安定性に関する相違点を明らかにした。また、電流密度対温度の物性状態相図を明らかにした。これらの研究成果を取りまとめて投稿した論文（arXiv:1902.02515）は、Phys. Rev. Lett.誌に掲載されることが決まった。◆NESSでのルテニウム酸化物で我々が発見した現象の一般性を明らかにするために、ルテニウム酸化物以外のモット絶縁体での同様の現象を探索した。◆2018年7月の磁性国際会議（ICM-2018, San Francisco）にて、Sowが本研究成果に関する口頭講演を行った。また、9月には北京大学での国際会議でもSowが招待講演を行った。

The purpose of this study is to explore new phenomena in DC current non-equilibrium steady state (NESS) and to further research on mechanism. The following results are presented. Ca2 RuO4 is a layered acid compound. It is related to the development of a new concept of semi-metal. Research on Superconducting Materials in High Magnetic Field, Institute of Metal Materials, Tohoku University International joint research conducted at Stony Brook University in the United States has revealed the microstructure of metal and insulator phases under current conditions. Phys. Rev. X is published today.◆ The two layers are made of the complex metal oxide Ca3 (Ru1-xTix) 2O7, and the current flow is controlled by the electric current. The conductivity and magnetism at low temperatures are connected together. Ca2 RuO4 is a relatively stable and diamagnetic material. The temperature, current density and physical properties are different. This paper (arXiv:1902.02515) was published in Phys. Rev. Lett. The general nature of the phenomenon of NESS is to explore the same phenomenon as that of the phenomenon of NESS except for its acid compounds.◆ Oral presentation on the results of this research at ICM-2018, San Francisco, July 2018 September 2013 Beijing University International Conference

项目成果

Stony Brook Univ./Stanford Univ./Univ. Illinois, Urbana-Champaign(米国)

石溪大学/斯坦福大学/伊利诺伊大学香槟分校（美国）

Seoul National Univ./Chungbuk National University(韓国)

首尔国立大学/忠北国立大学（韩国）

Current-induced giant diamagnetism and Mott semimetal behavior in single crystal Ca2RuO4

单晶 Ca2RuO4 中的电流感应巨抗磁性和莫特半金属行为

• 发表时间: 2018
• 作者: Hill Charles A.;Matsuda Frederick et. al.;C. Sow
• 通讯作者: C. Sow

Nano-Resolved Current-Induced Insulator-Metal Transition in the Mott Insulator Ca2RuO4

• DOI: 10.1103/physrevx.9.011032
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Physical Review X
• 影响因子: 12.5
• 作者: Jiawei Zhang;A. Mcleod;Q. Han;Xinzhong Chen;H. Bechtel;Z. Yao;S. G. Gilbert Corder;Thomas Ciavatti;T. Tao;M. Aronson;G. L. Carr;Michael C. Martin;C. Sow;S. Yonezawa;F. Nakamura;I. Terasaki;D. Basov;A. Millis;Y. Maeno;Mengkun Liu

Max Planck Inst. for Phys. Comp. Sys./Max Planck Inst. for Chem. Phys. Solids(ドイツ)

马克斯·普朗克物理研究所（德国）