【研究領域課題番号】20K03856 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機伝導体 / モット絶縁体 / 電荷秩序 / 反強磁性 / 超伝導 / 三角格子構造

【研究成果の概要】

ドナーとアニオンが1:1組成でドナーがユニフォームスタック構造をもつ、真性モット絶縁体(BEDT-TTF)TaF6の多形体構造を見出した。ドナー分子が分子短軸方向にスライドしながらスタックするbeta''構造に近いが、スタック間にアニオンが存在するためスタック間の相互作用がほとんどない構造となっている。バンド計算の結果は極めて1次元性の強いことを示している。電気抵抗が温度を下げると増大していくことから、この物質も真性モット絶縁体であることが明らかになった。beta-(BEDT-TTF)TaF6が四角格子構造であることとは対照的な構造をもつモット絶縁体であるといえる。

ドナー分子と1価のアニオンが2:1組成の物質において、ドナーが4量体構造をもつ物質はバンド絶縁体となるのが普通である。(DMEDO-TTF)2ReO4は、ドナー分子が4量体構造をとりながらスタックする構造をしている。そのような構造にも関わらず、電気抵抗は金属的な振る舞いを示す。構造に基づいてバンド計算を行ったところ、スタック間方向のトランスファー積分が大きいことから、小さなフェルミポケットが現れる半金属的なバンドをもつことが明らかになった。低温で絶縁化することや、電子スピン共鳴の結果から基底状態は非磁性絶縁体であることが明らかになった。低温でも超格子反射は観測されず、構造は室温と酷似している。結晶学的に独立なドナー分子が2つあることから結合距離を比較したところ、室温では結合距離の違いは見出せないが、低温では明らかに異なることを見出した。したがって基底状態は電荷秩序の状態にある。4量体の中心の2分子と端の2分子が異なる価数を持つことは隣接サイト間でのクーロン反発による電荷秩序とは矛盾するため、別の機構による可能性があると考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16K05436 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 結晶構造 / 電荷秩序 / モット絶縁体 / 強相関電子系 / 反強磁性 / 分子性固体

【研究成果の概要】

ドナーとアニオンの組成比が1:1である真性モット絶縁体(BEDT-TTF)TaF6の基底状態がネール温度10 Kの反強磁性絶縁体であることを明らかにした。(BEDT-TTF)2TaF6に複数存在する多形の構造と電子状態も明らかにした。特にkappa型では歪んだ三角格子のダイマーモット絶縁体であるにも関わらず、スピン液体の可能性を見出した。強相関絶縁層をもつ層状超伝導体(EtDTET)(TCNQ)の構造と超伝導転移点を対応させた。2種類ある(BEDT-TTF)2Cu(CF3)4(TCE)の量子振動の測定から、双方とも実効的に1/2充填率バンドであることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

固体において、同一サイトでの電子のクーロン反発によって絶縁体となるモット絶縁体の研究は古くからなされている。四角格子をもつモット絶縁体はそれに相当する物質がないため、理論からの研究がなされている。(BEDT-TTF)TaF6は四角格子をもつ真性モット絶縁体であり、この物質の基底状態が反強磁性絶縁体であることを実験で確定させたことは、モット絶縁体の研究において重要な結果である。また、このような絶縁体の層が組み込まれた層状超伝導体の電子状態を実験により詳しく調べることで、超伝導発現における絶縁層の必要性の解明に繋がるものである。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】物性II(実験)

【研究領域課題番号】15F15023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高圧 / 電荷秩序 / 超伝導

【研究成果の概要】

特別研究員として在任中、多くの試料についてその圧力効果の研究を行った。
（１）KFe2As2は、約15GPa以上で出現する圧力誘起正方晶相において、10K以上の高い超伝導転移温度を示すと報告されていたが、その真偽が疑われていた。本研究では、良質単結晶を用いた17GPaまでの圧力下において静水圧性を考慮した研究を行った。常圧における3K付近の超伝導転移温度は10GPaで消失した。さらに14GPa以上で出現した圧力誘起正方晶相でも、超伝導が出現しなかった。このことは、一次転移(構造相転移等)を伴なう高圧下の物性研究には静水圧環境が不可欠であり測定環境に十分配慮しなければならない事を示唆している。
（２）電荷秩序と超伝導の競合の研究を行う目的で、1T-TaX2（x=Se,S）の圧力効果の研究を行った。1T-TaS2は、常圧下でCDWとモット絶縁体が競合する物質であるが、圧力下で超伝導が出現する事が報告されている。本研究では、1T-TaS2、1T-TaSSe、1T-TaS0.8Se1.2、1T-TaSe2の圧力下電気抵抗測定を行い、全ての試料で圧力誘起超伝導が出現する事を明らかにし、その圧力相図を完成させた。
（３）層状化合物(Eu3-nSrn)Bi2S4F4（n=1,2）はBiS2相がその超伝導の起源として報告されている。Euの価数揺動と超伝導の関係を明らかにする目的で、圧力効果の研究を行った。その結果、Euの価数転移と超伝導の出現はあまり関係が無い事を明らかにした。その他、高温超伝導物質、KCa2Fe4As4F2、SrxBi2Se3、他、電荷秩序化合物TaTe2、他、等の物質の研究を行いその圧力相図を明らかにした。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2015-04-24 - 2017-03-31

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】26800173 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電荷秩序 / 電荷ガラス / 幾何学的フラストレーション / 有機導体 / 光学伝導度 / モット絶縁体 / 超伝導 / 赤外分光 / 高圧実験

【研究成果の概要】

本研究では、低温で電荷ガラス状態を示す二次元三角格子系有機導体において光学伝導度測定を行い、電荷ガラス状態特有の電荷揺らぎに起因した特異な集団励起が10 meV付近の低エネルギー領域に現れることを見出した。また、一次元ダイマーモット絶縁体の圧力下光学伝導度測定を高輝度放射光施設SPring-8において行い、圧力印加によりダイマー内の電荷揺らぎが増大し、この系で観測される高い転移温度をもった圧力誘起超伝導に電荷揺らぎが重要であることを明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25400356 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遷移金属化合物 / スピン・電荷・軌道 / 光電子分光 / Ｘ線吸収分光 / 表面・界面 / 超伝導 / 磁性 / エキシトニック相 / ビスマス化合物 / 軌道秩序 / 電荷秩序 / 原子価転移 / X線吸収分光 / 配位子ホール / 価数揺動 / ヤンテラー効果 / 酸素ホール / 角度分解光電子分光 / スピン軌道相互作用 / 相分離 / リチウムイオン電池

【研究成果の概要】

リチウムイオン電池の正極材料として広く利用されているコバルト酸リチウムとその関連物質において、酸素1sＸ線吸収分光によって酸素2pホールが重要な役割を果たしていることを見出した。一方、三角格子を持つイリジウムテルライドでは、イリジウム5dホールとテルル5pホールが示すストライプ状の電荷・軌道秩序の性質をＸ線散乱および角度分解光電子分光によって解明し、さらに電荷・軌道秩序が抑制された超伝導相において、スピン軌道相互作用と多バンドフェルミ面の関係を調べた。正方格子を持つ鉄カルコゲナイドおよびビスマスカルコゲナイド超伝導体においては、軌道縮退と電子状態の不均一性の関係を詳細に調べた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25287080 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 分子性有機導体 / 電荷ガラス / 分子性固体 / 強相関系 / 誘電体 / 光物性 / 分子性導体 / 超伝導 / モット絶縁体 / 電荷秩序 / 相分離

【研究成果の概要】

本研究では，強相関電子系分子性導体に特徴的な電荷-スピン-格子自由度の複合的結合による“やわらかい強相関電子・格子系”で実現する新しい非線形電子誘電物性の創出，解明を目指した実験研究を行った． その結果，電子が配列秩序化した電荷秩序絶縁体状態（電荷固体），融解・液体化した良電気伝導状態（電荷液体）に加えて，電子が極めて遅い時間スケールのダイナミクスを有し，不均質に凍結した新しい電子状態（電荷ガラス）を，電荷秩序絶縁体転移（電子固体‐液体転移）の近傍に発見した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】22224006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子性固体・有機導体 / 電気・磁気的機能 / 有機電子材料・素子 / 超伝導 / 光誘起相転移 / 圧力効果 / 強相関電子系 / 臨界現象 / 分子性導体 / ディラック電子系 / キャリア注入 / モット転移 / 電界効果トランジスタ / 電荷秩序

【研究成果の概要】

本研究は、分子系π電子物性の可能性を、物質開発および物性開発の両面から徹底的に追求することを目指した。物質開発においては、新たなデュアル機能π電子系（単一の結晶内で、一種類のπラジカルが分子配列の違いによって二つの異なった物性を示す系）や世界初の単一成分分子性超伝導体を発見した。物性開発では、まず界面π電子の機能として、π電子系で世界初めての電場誘起超伝導を実現し、さらに光で超伝導をON/OFFする光駆動型トランジスタの開発に成功した。また、多層ディラックπ電子系における量子ホール効果の観測やπ電子系金属におけるフェルミ端の初の観測等に成功し、π電子物性の可能性を大きく拡げることができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】217,750千円 (直接経費: 167,500千円、間接経費: 50,250千円)