2차원 극성 금속, FePSe₃의 압력 유도 전이

초록

FePSe₃는 상온·상압에서 2차원 Mott 절연체이자 반강자성체이다. 7 ~ 8 GPa의 수소압력에서 층간 거리(c축)가 약 9 % 급격히 감소하면서 결정구조가 중심대칭 R3에서 비대칭 R3(극성)으로 전이한다. 이와 동시에 전자 전도성이 나타나며, 저온에서는 ρ ∝ T²의 플라스마‑리퀴드 거동과 저항 상승 현상이 관측된다. 중성자 회절은 전이 후 자기순서가 완전히 사라짐을 보여준다. 따라서 압력에 의해 2차원 Mott 절연체가 극성 금속으로 변환되는 최초의 사례가 실현되었다.

상세 분석

본 연구는 FePSe₃의 구조·자기·전기적 특성을 고압 환경에서 다중 탐침으로 정밀하게 규명하였다. 먼저 헬륨을 압력 전달 매체로 사용한 파우더 X선 회절에서 7.6 ~ 8.1 GPa 구간에 2θ 위치가 급격히 이동하는 피크가 나타나며, 이는 c축이 급격히 수축하는 구조 전이를 의미한다. 피크 폭이 변하지 않아 상전이가 급격하고 상이 공존하지 않음을 확인하였다. 이어 단결정 싱크로트론 회절을 수행했을 때, (hhl) 면의 반사들이