[Dec 30, 2014] 김준성, 민병일 교수 연구실 - Dimerization-Induced Fermi-Surface Reconstruction in IrTe2

[Dec 30, 2014] 김준성, 민병일 교수 연구실 - Dimerization-Induced Fermi-Surface Reconstruction in IrTe2

Physical Review Letters 113, 266406 (2014)

[그림: (왼쪽) 1/5 형 원자가 결합정렬 상태를 가지는 경우의 구조모델과 양자진동 결과 (오른쪽) 1/8 형 원자가 결합정렬 상태를 가지는 경우의 구조모델과 양자진동 결과]

“양자진동을 이용한 원자가결합 정렬 금속상태 관측”
김준성, 민병일 교수 연구실의 엄만진 박사과정 학생과 김규 연구교수는 준이차원 금속물질인 IrTe2의 원자가 결합정렬 상태의 특성을 규명하였다. 연구결과는 Physical Review Letters 에 2014. 12. 31일자로 게재되었다. 고체내의 오비탈 자유도가 전하, 스핀 또는 격자와 결합되어 나타나는 원자가 결합 정렬(valence bond order) 상태는 주로 부도체에서 발견되었다. 이 연구에서는 도체 물질인 IrTe2에서 금속성과 원자가 결합 정렬 상태가 공존한다는 실험적 증거를 양자진동 관측을 통해 제시하였다. 이 결과는 5d 전이금속을 기반으로 하는 준이차원 금속물질의 특이 기저상태를 이해하는데 중요한 기초를 제공할 것으로 기대된다.

Multiple orbital degeneracy and its coupling to charge, spin, and lattice degrees of freedom often lead to the intriguing electronic phases with dimerization. Various types of dimerization, ranging from a stripe-type dimer to a complicated octamer, have been observed in the systems with t2g orbital degeneracy, which are often called valence bond solids. We report a de Haas–van Alphen (dHvA) oscillation study on IrTe2 single crystals showing complex dimer formations. By comparing the angle dependence of dHvA oscillations with band structure calculations, we show distinct Fermi surface reconstruction induced by a 1/5-type and a 1/8-type dimerizations. This verifies that an intriguing quasi-two-dimensional conducting plane across the layers is induced by dimerization in both cases. A phase transition to the 1/8 phase with higher dimer density reveals that local instabilities associated with intra- and interdimer couplings are the main driving force for complex dimer formations in IrTe2. Our findings demonstrate that IrTe2 provides a rare example of where the valence bond ordering and metallicity coexist.