[논문 리뷰] Evidence for realignment of the charge density wave state in ErTe$_3$ and TmTe$_3$ under uniaxial stress via elastocaloric and elastoresistivity measurements

Joshua Straquadine, M. Ikeda외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 21.

Organic and Molecular Conductors Research인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 비틀림에 의한 대칭성 파괴에 의해, ErTe₃ 및 TmTe₃에서 평면 내 단축 압축 응력이 전하 밀도파(CDW) 파수벡터를 c축에서 a축으로 가역적으로 재정렬시킬 수 있음을 보여준다. 탄성열 및 탄성저항 측정을 통해 저자들은 응력-온도 상도도를 수립하고, 비대칭 응력이 물질의 고유한 오hogonal 편향을 초월하여, 자유 에너지 모델과 일치하는 여섯째 차수의 상전이를 드러낸다.

ABSTRACT

We report the evolution of a charge density wave (CDW) state in the quasi-2D rare-earth tritellurides ($R$Te$_3$ for $R$=Er,Tm) as a function of in-plane uniaxial stress. Measurements of the elastocaloric effect, resistivity, and elastoresistivity allow us to demonstrate the importance of in-plane antisymmetric strain on the CDW and to establish a phase diagram. We show that modest tensile stress parallel to the in-plane $a$-axis can reversibly switch the direction of the ordering wavevector between the two in-plane directions. This work establishes $R$Te$_3$ as a promising model system for the study of strain-CDW interactions in a quasi-2D square lattice.

연구 동기 및 목표

• ErTe₃ 및 TmTe₃에서 한 방향 전하 밀도파(CDW) 상태가 평면 내 단축 응력에 어떻게 반응하는지 조사하기 위해.
• 응력이 이러한 2차원에 가까운 희토류 삼Tell루라이드에서 CDW 파수벡터 방향과 상 안정성에 어떻게 영향을 주는지 규명하기 위해.
• 열역학적 및 전송 측정 수단을 사용하여 RTe₃에서 CDW 순서의 응력-온도 상도도를 수립하기 위해.
• 평면 내 비대칭 응력의 역할을 분석하여 고유의 오hogonal 이방성에 의해 억제되는 CDW 재정렬을 이끌어내기 위해.
• 청결한 정사각형 격자 시스템에서 응력-CDW 결합을 연구하는 데 있어 이 시스템이 모델 플랫폼으로서 유효한지 검증하기 위해.

제안 방법

• 응력에 의한 엔트로피 변화와 상전이의 변화를 감지하기 위해 탄성열 효과(ECE) 측정을 사용하였다.
• Fermi 표면의 위상과 산란 과정의 응력 의존성 변화를 탐색하기 위해 탄성저항(ER) 측정을 사용하였다.
• 자체 제작된 기계적 장치를 통해 평면 내 단축 응력을 적용하여 자유로운 표면 샘플에서 CDW 상태를 조절하였다.
• 관찰된 상전이와 파수벡터 재정렬을 모델링하기 위해 대칭성을 기반으로 한 여섯째 차수의 자유 에너지 전개를 개발하였다.
• ECE 및 ER 반응을 온도와 응력에 따라 연관지어 응력-온도 상도도를 매핑하였다.
• 결정학적 자료와 격자 상수(a ≈ 0.999c)를 사용하여 약한 오hogonal성의 영향이 CDW 방향에 미치는 영향을 해석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ErTe₃ 및 TmTe₃에서 평면 내 단축 응력이 CDW 파수벡터를 c축에서 a축으로 가역적으로 재정렬시킬 수 있는가?
• RQ2 비대칭 응력은 2차원에 가까운 RTe₃ 시스템에서 CDW 상태의 안정성과 대칭성에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ3 외부 응력 하에서 q_c와 q_a CDW 상태 사이의 상전이의 성격은 무엇인가?
• RQ4 고유의 오hogonal 비대칭성은 CDW의 방향성에 어떻게 영향을 주며, 외부 응력에 의해 극복될 수 있는가?
• RQ5 관찰된 행동이 여섯째 차수의 자유 에너지 전개에 의해 예측된 바와 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• a축 방향의 단축 인장 응력은 ErTe₃ 및 TmTe₃에서 CDW 파수벡터를 c축에서 a축으로 가역적으로 전환시킬 수 있다.
• 단축 응력 하에서 냉각 시 q_a 유일 CDW 상태로의 전이는 이론적으로 두 번째 상전이이다.
• T_CDW1 이하의 온도에서 단축 응력에 의해 q_c와 q_a CDW 상태 사이의 첫 번째 상전이가 유도된다.
• 관찰된 상전이는 비대칭 응력 결합을 포함한 여섯째 차수의 자유 에너지 전개와 정량적으로 일치한다.
• q_c, q_a, 그리고 공존 CDW 상태 영역을 포함하는 명확한 응력-온도 상도도를 나타낸다.
• 결과는 평면 내 비대칭 응력이 2차원 정사각형 격자에서 CDW 순서를 조절하는 강력한 조절 매개변수임을 확인한다.