[論文レビュー] Visualizing Exotic Orbital Texture in the Single-Layer Mott Insulator 1T-TaSe2

Yi Chen, Wei Ruan+19 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2019

2D Materials and Applications参考文献 47被引用数 35

ひとこと要約

本論文は、単層の1T-TaSe2 が電子相関によって駆動される頑健なモット絶縁状態と新規の軌道テクスチャを示すことを示し、二層/三層形態では層間結合によりそれが弱められる。空間・運動量分解スペクトroscopy（STMおよびARPES）と理論を補完として用いて。

ABSTRACT

Mott insulating behavior is induced by strong electron correlation and can lead to exotic states of matter such as unconventional superconductivity and quantum spin liquids. Recent advances in van der Waals material synthesis enable the exploration of novel Mott systems in the two-dimensional limit. Here we report characterization of the local electronic properties of single- and few-layer 1T-TaSe2 via spatial- and momentum-resolved spectroscopy involving scanning tunneling microscopy and angle-resolved photoemission. Our combined experimental and theoretical study indicates that electron correlation induces a robust Mott insulator state in single-layer 1T-TaSe2 that is accompanied by novel orbital texture. Inclusion of interlayer coupling weakens the insulating phase in 1T-TaSe2, as seen by strong reduction of its energy gap and quenching of its correlation-driven orbital texture in bilayer and trilayer 1T-TaSe2. Our results establish single-layer 1T-TaSe2 as a useful new platform for investigating strong correlation physics in two dimensions.

研究の動機と目的

• vdW材料を用いた2次元のモット物理の探究を動機付ける。
• 単層および数層の1T-TaSe2の局所電子特性を特徴づける。
• 相関駆動絶縁状態に伴う軌道テクスチャを同定する。
• モット状態と軌道テクスチャに対する層間結合の影響を評価する。

提案手法

• 局所電子構造を探るために空間分解走査型トンネル顕微鏡を用いる。
• 運動量分解電子状態をマッピングするために角度分解光電子分光を適用する。
• 相関による絶縁挙動を解釈するために実験データと理論モデリングを組み合わせる。
• 多層サンプルにおけるエネルギーギャップと軌道テクスチャが層間結合でどう変化するかを調べる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単層の1T-TaSe2は電子相関により頑健なモット絶縁状態を有するか。
• RQ2 1T-TaSe2におけるモット絶縁体に伴う軌道テクスチャの性質は何か。
• RQ3 二層および三層サンプルでの層間結合は絶縁ギャップと軌道テクスチャにどのような影響を与えるか。
• RQ4 単層の1T-TaSe2は2次元の強い相関物理を研究するプラットフォームとなり得るか。

主な発見

• 単層の1T-TaSe2は電子相関によって駆動される頑健なモット絶縁状態を示す。
• この絶縁状態には、スペクトroscopyで検出可能な新規の軌道テクスチャが伴う。
• 層間結合はモット絶縁相を弱め、二層/三層サンプルではエネルギーギャップの大幅な低下と軌道テクスチャの抑制を引き起こす。
• 結果は、単層の1T-TaSe2を2次元の強い相関物理の有用なプラットフォームとして位置づける。