有機物質への10GPa級超高圧印加による新電子相の創生

• Project/Area Number: 16684009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 谷口 弘三 埼玉大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (50323374)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000); Fiscal Year 2006: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2005: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2004: ¥20,020,000 (Direct Cost: ¥15,400,000、Indirect Cost: ¥4,620,000)
• Keywords: 超高圧 / 超伝導 / Seを含む有機分子 / 次元性 / 圧力-温度相図 / 有機伝導体

Research Abstract

2003年に小生を中心とする研究グループは、有機絶縁体に8GPa級の超高圧を印加するという手法で新規超伝導体を発見し、超伝導の転移温度の世界記録を更新した。この成果は、本科学研究費の研究機関中(2006年3月29日)に、第11回日本物理学会論文賞の表彰を受けたことをまず言及しておきたい。ここで超伝導を観測した物質は、β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2という層状有機物質であったが、その後、この物質の関連物質(β'-型BEDT-TTF塩)の超高圧下物性を徹底的に調べ上げ、新超伝導体探索と、β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2の超伝導の発現機構を調査した。本年度は、これらの研究成果を受けて、BEDT-TTFではない有機分子からなる層状絶縁体を取り上げ、本研究を締めくくることにした。これは、超高圧下での分子軌道の違いによる物性の振る舞いの違いを調査することにより、より超伝導化しやすく、さらには、より転移温度が高い物質の設計を目指したものである。このうち、我々は、BEDT-TTF分子の外側のS原子をSeに置き換えたBEDSe-TTF分子(既存分子)の合成に成功し、さらに、超伝導を示したβ'-(BEDT-TTF)_2ICl_2と同型の二つの物質β'-(BEDSe-TTF)_2ICl_2とβ'-(BEDSe-TTF)_2IBr_2の結晶合成に成功したことを言及しておきたい。これらの物質は、β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2と同様、常圧下では、非常に強固な絶縁体であったが、8GPaの超高圧下で電気抵抗測定を行い、高温部の金属化に成功した。しかしながら、β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2塩とは異なり、超伝導の出現には到らなかった。この事実は、我々を深く悩ますこととなった。しかし、同一の結晶構造で超伝導が出現しないという今回の発見は、超伝導の出現条件を考える上で、重要な因子を2,3の効果に絞られることを意味した。現時点では、我々は、Se置換によって、系の擬二次元性が抑制され、より3次元に近づき、このことが、超伝導を阻害していると考えている。これは、同一の結晶構造で、しかも、金属下に成功したにもかかわらず、超伝導が出現しない物質の発見により、初めて、明らかになることである。この成果は、今後の超高圧下超伝導探索において、物質選択または物質設計に重要な指針をあたえるものであり、実際に、この成果を受けて、新たな物質系の研究に移行しているところである。

Research Products

• [Journal Article] High-pressure studies of layered organic superconductors up to 9 GPa : research of ppressure effect on exactly and nearly half-filled systems in organics (2007)
  • Author(s): H.Taniguchi, T.Okuhata, T.Nagai, M.Miyashita, K.Uchiyama, K.Satoh, N.Mori, M.Hedo, Y.Uwatoko
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Supple. (In press)
• [Journal Article] Anomalous sign change in Hall coefficient of κ -(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Br under pressure (2006)
  • Author(s): K.Katayama, T.Nagai, H.Taniguchi, K.Satoh, N.Tajima, R.Kato
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. 142 Pages: 515-518
• [Journal Article] High-pressure study of a doped-type organic superconductor, κ-(BEDT-TTF)_4Hg_<3-δ> Br_8 (2006)
  • Author(s): T.Okuhata, T.Nagai, H.Taniguchi, K.Satoh, T.Itou, Y.Shimizu, K.Miyagawa, Y.Ishii, N.Tajima, R.Kato
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. 142 Pages: 547-550
• [Journal Article] Crystal growth of 50mg-class single crystals of β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2 and crystal evaluation of them (2006)
  • Author(s): H.Taniguchi, R.Sato, K.Satoh, A.Kawamoto, H.Okamoto, T.Kobayashi, K.Mizuno
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. 142 Pages: 437-440
• [Journal Article] μSR study of an antiferromagnetic Mott insulator β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2 (2006)
  • Author(s): K.Satoh, H.Taniguchi, A.Kawamoto, W.Higemoto
  • Journal Title: Physica B 374-375 Pages: 99-101
• [Journal Article] High pressure study up to 9.9GPa of an organic Mott insulator, β'-(BEDT-TTF)_2AuCl_2 (2005)
  • Author(s): H.Taniguchi(1番目), 他8名
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn 74 Pages: 1370-1373
• [Journal Article] Anomalous Enhancement of Electronic Heat Capacity in the Organic Conductors κ-(BEDT-TTF)_4Hg_<3-δ>X_8(X=Br,Cl) (2005)
  • Author(s): H.Taniguchi(4番目), 他2名
  • Journal Title: Phys.Rev.B 71
• [Journal Article] The origin of the phase separation in partially deuterated κ-(ET)_2Cu[N(CN)_2]Br studied by infrared magneto-optical imaging spectroscopy (2005)
  • Author(s): H.Taniguchi(8番目), 他9名
  • Journal Title: Solid State Commun. 134 Pages: 189-193
• [Journal Article] Examination of the Charge-Sensitive Vibrational Modes in Bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene (2005)
  • Author(s): H.Taniguchi(6番目), 他5名
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B. 109 Pages: 15226-15235
• [Journal Article] 有機物質β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2における圧力誘起超伝導の開発と装置開発 (2005)
  • Author(s): 谷口弘三(5番目)他4名
  • Journal Title: 高圧力の科学と技術 15 Pages: 333-340
• [Journal Article] High pressure study up to 9.9GPa of an organic Mott insulator,β'-(BEDT-TTF)_2AuCl_2 (2005)
  • Author(s): H.Taniguchi, 他8名
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn 74(未定)
• [Journal Article] Anomalous Enhancement of Electronic Heat Capacity in the Organic Conductors κ-(BEDT-TTF)_4Hg_<3_δ>X_8(X=Br,Cl) (2005)
  • Author(s): A.Naito, Y.Nakazawa, K.Saito, H.Taniguchi, 他2名
  • Journal Title: Phys.Rev.B 71(未定)
• [Journal Article] Characterization of transport and magnetic properties of a Mott insulator,β'-(BEDT-TTF)_2IBrCl (2004)
  • Author(s): K.Uchiyama, M.Miyashita, H.Taniguchi 他6名
  • Journal Title: J.Phys.IV (France) 114 Pages: 387-389
• [Journal Article] Ultra-high pressure study of the Mott insulating phase of BEDT-TTF complex (2004)
  • Author(s): M.Miyashita, K.Uchiyama, H.Taniguchi 他4名
  • Journal Title: J.Phys.IV (France) 114 Pages: 333-334
• [Journal Article] Superconductivity induced by extremely high pressure in layered organics,β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2 (2004)
  • Author(s): H.Taniguchi, 他9名
  • Journal Title: J.Phys.IV (France) 114 Pages: 273-276