[論文レビュー] Two Phonon Interactions and Charge Density Wave in Single Crystalline VSe2 Probed by Raman Spectroscopy

Juhi Pandey, Ajay Soni|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2019

2D Materials and Applications参考文献 50被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、単結晶1T-VSe2における電荷密度波（CDW）遷移を温度依存ラマン分光法を用いて調査し、非整数比（I-CDW）および整数比（C-CDW）CDW相の兆候を明らかにした。主な発見として、70 K未塔で二重简約なEg(2)モード（約144 cm⁻¹）が出現し、I-CDW遷移付近でEgモードおよび二フォノンモードの異常なフォノン軟化が観察され、強い電子-フォノン結合を示唆している。

ABSTRACT

Charge density wave (CDW) is a unique phenomenon mostly realized in two-dimensional (2D) metallic layered transition metal dichalcogenides (TMDCs). Here, we report on Raman spectroscopy of single crystal 1T-VSe2 and observed signature of commensurate CDW (C-CDW) and incommensurate (I-CDW) transition, in the temperature range of 50-120 K. The room temperature Raman spectra showed a sharp A1g mode ~ 206 cm-1 along with two new weak and broad Raman modes associated to Eg mode ~ 257 cm-1 and two-phonon mode (2ph) ~ 332 cm-1. The onset of I-CDW and C-CDW is estimated from resistance measurements supported by magnetic measurements. Remarkably, at the onset of I-CDW ~ 115 K, a significant enhancement in the intensity of weak Eg mode is observed along with emergence of a doubly degenerate Eg(2) mode ~ 144 cm-1. Below 70 K, a weak A1g mode ~ 170 cm-1 emerged signifying the onset of C-CDW. Anomalous phonon softening of Eg mode ~ 257 cm-1 and 2ph process mode below I-CDW has been also observed, which is signifying the involvement of electron-phonon coupling.

研究の動機と目的

• 単結晶1T-VSe2における電荷密度波（CDW）相の存在とその発展をラマン分光法を用いて調査すること。
• 非整数比（I-CDW）および整数比（C-CDW）CDW遷移の温度依存的特徴を特定すること。
• ラマン活性モードにおける異常なフォノン軟化および強度変化を通じて、電子-フォノン結合効果を調査すること。
• ラマン分光特性を抵抗率および磁気測定と照合し、相転移の確認を行うこと。

提案手法

• 50–120 Kの温度範囲で、単結晶1T-VSe2におけるフォノンモードの進化を検出するために温度依存ラマン分光法を実施した。
• A1g、Eg、および二フォノン（2ph）モードの存在をラマンスペクトル分析し、強度変化およびピークシフトに注目した。
• I-CDWおよびC-CDWの開始温度は、抵抗率および磁気測定を用いて相乗的に検証した。
• Eg（約257 cm⁻¹）および2ph（約332 cm⁻¹）モードにおけるフォノン軟化および強度の異常は、電子-フォノン結合の証拠と解釈された。
• 約144 cm⁻¹に出現した新たなモードは、二重简約なEg(2)モードとして特定され、C-CDW形成を示唆した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単結晶1T-VSe2における非整数比電荷密度波（I-CDW）遷移はどの温度で発生するか？
• RQ2 整数比電荷密度波（C-CDW）相の開始と関連するラマンスペクトル特徴は何か？
• RQ3 I-CDW遷移付近のフォノンモードにおいて、電子-フォノン相互作用はどのように現れるか？
• RQ4 二フォノン過程は、1T-VSe2におけるCDW形成ダイナミクスにおいて果たす役割は何か？

主な発見

• 1T-VSe2におけるI-CDW遷移は約115 Kで特定され、弱いEgモード（約257 cm⁻¹）の強度が著しく増大し、同時に約144 cm⁻¹に二重简約なEg(2)モードが出現した。
• C-CDW相の開始は70 K未塔で観察され、約170 cm⁻¹に新たな弱いA1gモードが出現した。
• I-CDW遷移温度未満で、Eg（約257 cm⁻¹）および二フォノンモード（約332 cm⁻¹）に異常な軟化が観察され、強い電子-フォノン結合を示唆した。
• 常温ラマンスペクトルには、約206 cm⁻¹に明確なA1gモードに加え、弱く広がったモードとしてEg（約257 cm⁻¹）および二フォノンモード（約332 cm⁻¹）が観察された。
• 抵抗率および磁気測定の結果は、ラマン分光法から導かれた相転移温度と一致し、I-CDWおよびC-CDW遷移の確認が得られた。