パイエルス転移の新しい仲間
01/04/08 11:08 Filed in: 相転移
パイエルス転移とは、金属における電子-格子相互作用によって、フェルミ面不安定性と格子の周期歪みが協奏的に発生する相転移です。もともとは、Sb、Biなどの結晶に見られる低対称性の構造が安定化する機構として、R. E. Peierlsが、教科書Quantum Theory of Solids (1955)の中で提案したものです。1970年前後から、低次元性の強いフェルミ面を有する金属で相次いで発見され、精力的に研究されてきました。
これらの研究で、同じパイエルス転移であっても、物質によって振る舞いがかなり異なることが明らかになりました。このような物質による相転移挙動の違いは、電子-格子相互作用の強さをパラメータとすることにより整理できるとされてきました。（単純化して、強結合型と弱結合型の２種類に分類してしまうこともよくされます。）
これに対して、従来のこのような分類法は「正しくない」ことが当研究室の研究により分かりました。
従来の考え方では、電子格子相互作用が弱い「弱結合型」では格子系の相関長が長く、逆に「強結合型」では相関長は格子定数程度に短くなるとされてきました。ところが、当研究室の中川らが発見したIn/Cu(001)系のパイエルス転移においては、電子格子相互作用が非常に強い強結合型であるにもかかわらず、格子系の相関長が想定外に長いことがわかったのです。
当研究室の八田らは、電子格子相互作用の指標であるバンドギャップの大きさと、格子系の相関長の大きさの温度変化を精密に測定し、電子系と格子系の絡み合った振る舞いを解明しました。その結果、この強結合-長コヒーレンス型における相転移は、以前から知られている弱結合-長コヒーレンス型とも、強結合-短コヒーレンス型とも質的に異なる第３のタイプであることを明らかにしました。（日本物理学会誌、63、 178-186 (2008); T. Aruga, Surf. Sci. Rep. 61, 283ー302 (2006).)
これらの研究で、同じパイエルス転移であっても、物質によって振る舞いがかなり異なることが明らかになりました。このような物質による相転移挙動の違いは、電子-格子相互作用の強さをパラメータとすることにより整理できるとされてきました。（単純化して、強結合型と弱結合型の２種類に分類してしまうこともよくされます。）
これに対して、従来のこのような分類法は「正しくない」ことが当研究室の研究により分かりました。従来の考え方では、電子格子相互作用が弱い「弱結合型」では格子系の相関長が長く、逆に「強結合型」では相関長は格子定数程度に短くなるとされてきました。ところが、当研究室の中川らが発見したIn/Cu(001)系のパイエルス転移においては、電子格子相互作用が非常に強い強結合型であるにもかかわらず、格子系の相関長が想定外に長いことがわかったのです。
当研究室の八田らは、電子格子相互作用の指標であるバンドギャップの大きさと、格子系の相関長の大きさの温度変化を精密に測定し、電子系と格子系の絡み合った振る舞いを解明しました。その結果、この強結合-長コヒーレンス型における相転移は、以前から知られている弱結合-長コヒーレンス型とも、強結合-短コヒーレンス型とも質的に異なる第３のタイプであることを明らかにしました。（日本物理学会誌、63、 178-186 (2008); T. Aruga, Surf. Sci. Rep. 61, 283ー302 (2006).)