[論文レビュー] 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. Ikeda+1 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2020

Organic and Molecular Conductors Research被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、歪み誘発の対称性破れによって、ErTe₃およびTmTe₃における電荷密度波（CDW）波数ベクトルがc軸からa軸へ可逆的に再配列されることを示している。エラストカリックおよびエラストレジストリティ測定を用いて、応力-温度相図を確立し、非対称的歪みが物質固有の斜方的偏向を打ち破ることで、自由エネルギーモデルに整合する6次相転移を明らかにした。

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.

研究の動機と目的

• ErTe₃およびTmTe₃における一方向の電荷密度波（CDW）状態が面内一軸応力にどのように応答するかを調査すること。
• 歪みがこれらの準二次元ランタノイドトリテルルリドにおいてCDW波数ベクトルの方向と相の安定性にどのように影響するかを特定すること。
• 熱力学的および輸送プローブを用いて、RTe₃におけるCDW秩序の応力-温度相図を確立すること。
• 面内非対称的歪みが内在する斜方的異方性を克服し、CDW再配列を駆動する役割を調査すること。
• 清浄な正方格子系としてのこの系が、歪み-CDW結合を研究するモデルプラットフォームとして有効であるかを検証すること。

提案手法

• 歪み誘発のエントロピー変化および相転移を検出するため、エラストカリック効果（ECE）測定を用いた。
• フェルミ面トポロジーおよび散乱過程の歪み依存性を調べるため、エラストレジストリティ（ER）測定を用いた。
• 自由な膜状試料におけるCDW状態を調整するため、独自の機械的装置を用いて面内一軸応力を印加した。
• 対称性に基づく自由エネルギー展開を6次にまで拡張し、観察された相転移および波数ベクトル再配列をモデル化した。
• ECEおよびER応答を温度および応力と照合して、応力-温度相図をマッピングした。
• 結晶構造データおよび格子定数（a ≈ 0.999c）を用いて、弱い斜方性がCDW方向に与える影響を解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 面内一軸応力が、ErTe₃およびTmTe₃におけるCDW波数ベクトルをc軸からa軸へ可逆的に再配列させることができるか？
• RQ2 非対称的歪みが準二次元系RTe₃におけるCDW状態の安定性および対称性にどのように影響するか？
• RQ3 外部応力下におけるq_cおよびq_aのCDW状態間の相転移の性質は何か？
• RQ4 内在する斜方的歪みがCDWの指向性に与える影響は何か？ また、外部応力によってこれを克服できるか？
• RQ5 観察された挙動が、6次自由エネルギー展開の予測とどの程度一致するか？

主な発見

• a軸に沿った一軸引張応力は、ErTe₃およびTmTe₃におけるCDW波数ベクトルをc軸からa軸へ可逆的に切り替えることができる。
• 一軸応力下で冷却する際、q_aのみのCDW状態への遷移は2次相転移である。
• T_CDW1未満の温度で、一軸応力がq_cおよびq_aのCDW状態間の1次相転移を誘発する。
• 観察された相転移は、非対称的歪み結合を含む6次自由エネルギー展開と定量的に整合している。
• q_c、q_a、および共存状態のCDW状態を示す明確な領域を有する応力-温度相図が得られた。
• 結果から、面内非対称的歪みが準二次元正方格子におけるCDW秩序を操作する強力な調整パrameterであることが確認された。