Clarification of electronic structure in molecular conductors by ultrahigh efficient laser ARPES

• Project/Area Number: 16H04015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: KISS TAKAYUKI 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20391930)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2016: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
• Keywords: 光電子分光 / 分子性導体 / バンド構造 / 超伝導 / 物性実験 / 分子性固体 / レーザー光電子 / π電子系

Outline of Final Research Achievements

I have improved efficiency and cooling system of previously constructed 5 eV laser photoemission spectrometer to reveal the electronic structure of molecular conductor, especially quasi 2D organic superconductor, k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 and k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br using angle resolved photoemission spectroscopy.
Accordingly, I have succeeded to observe not only superconducting gaps and clear Fermi edge but also two band dispersion and Fermi surface owing to two ET molecular for the first time in the world. Here by, the research of electronic structure on molecular conductors shows remarkable progress.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来、分子性導体の電子状態の研究は大部分をバンド計算とド・ハース・ファン・アルフェン（シュブニコフ・ド・ハース）等磁気的な実験、および経験に頼っており、電子状態の決定に非常に重要である光電子分光による研究は全くと言ってよい程進んでおらず、分子性導体における電子状態と物性の関連についての研究は十分ではなかった。
本研究において超伝導を示す分子性導体において世界で初めてバンド分散やフェルミ面を得ることに成功し、従来のバンド計算では与えられなかったエネルギースケールや計算とのずれについて具体的な情報を得ることに成功した。
これは分子性導体の電子状態設計に大きな指針を与え、物質開発に大きく貢献する。

Research Products

• [Presentation] 6 eV紫外レーザー角度分解光電子分光を用いた Bi2Sr2CaCu2O8+δの準粒子状態観測 (2020)
  • Author(s): 竹内裕加里, 山神光平, 矢野慎弥, 祖利目和明, 近藤広康, 永吉佑輔, 右衛門佐寛, 池田真司, 藤原秀紀, 石田茂之, 永崎洋, 関山明, 木須孝幸
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会（名古屋大学）
• [Presentation] Observation of Band Dispersion of Cuprate Superconductor by Laser-excited Angle Resolved Photoemission Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Y. Takeuchi, K. Yamagami, K. Sorime, H. Kondo, H. Yomosa, S. Ikeda, H. Fujiwara, H. Eisaki, A. Sekiyama, T. Kiss
  • Organizer: Spectroscopy of novel superconductors 2019 (SNS2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 紫外レーザ光電子分による有機超伝導体 κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2の電子状態研究 (2019)
  • Author(s): 祖利目和明, 右衛門佐寛, 梶原聖, 近藤広康, 竹内裕加里, 宮川和也, 鹿野田一司, 藤原秀紀, 関山明, 木須孝幸
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会（九州大学）
• [Presentation] レーザー光電子分光による有機超伝導体k-(BEDT-TTF)2Xの電子状態の研究 (2016)
  • Author(s): 右衛門佐寛
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）