揭示 Ta$_\mathrm{2}$NiSe$_\mathrm{5}$ 中的激子绝缘体特征

Ta$_\mathrm{2}$NiSe$_\mathrm{5}$ 是一种近零带隙半导体（$E_G$ = 0），其高温相是激子绝缘体的有力候选者。鉴于激子绝缘体在 $E_G$ 附近预期呈现圆顶状演化，我们利用高分辨率单晶 X 射线衍射和近边 X 射线吸收精细结构（NEXAFS）对 Ta$_\mathrm{2}$NiSe$_\mathrm{5}$、更具半金属性的 Ta$_\mathrm{2}$(Ni,Co)Se$_\mathrm{5}$ 以及半导体性的 Ta$_\mathrm{2}$NiS$_\mathrm{5}$ 进行了研究。我们的结果揭示，Ta$_\mathrm{2}$NiSe$_\mathrm{5}$ 和 Ta$_\mathrm{2}$(Ni,Co)Se$_\mathrm{5}$ 发生了从正交晶系（空间群：$Cmcm$）到单斜晶系（空间群：$C2/c$）的二阶结构相变，而 Ta$_\mathrm{2}$NiS$_\mathrm{5}$ 直至 2 K 都未发生相变。该相变破缺了两个镜面对称性，促进并增强了 Ta、Ni 和 Se 原子的杂化，缩短了键长，并加强了轨道相互作用。NEXAFS 数据证实了更强的杂化、激子结合能的显著变化以及轨道特性的关键改变，表明 Ta$_\mathrm{2}$NiSe$_\mathrm{5}$ 中存在激子绝缘态，并强调了轨道在激子绝缘体态形成中至关重要的电子学作用。