The electronic state of the vicinity of Mott boundary in organic superconductors studied by STM/STS
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22K03521
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
市村 晃一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50261277)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒澤 徹 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10615420)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 有機超伝導体 / 走査トンネル顕微鏡 / 強相関電子系 / 超伝導 / モット絶縁体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、強相関有機超伝導体において冷却速度を制御することで導入した超伝導相とモット絶縁体相の境界(モット境界)での臨界的な超伝導状態を走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)を用いて微視的に調べることである。
本研究は以下のように実施することを計画している。[1] 有機超伝導体単結晶試料の作製 [2] X線回折による単結晶試料の同定 [3] 電気抵抗率測定による電子物性の評価 [4] 磁化率測定による電子物性の評価 [5] 冷却速度制御系の整備 [6] 極低温超高真空STMの信号検出系の改良 [7] モット境界での超伝導ギャップの観測 [8] 研究のまとめ
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機導体kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brの単結晶を電解法で作製した。原料試薬の精製過程を増やすことにより試料の良質化を行った。得られた単結晶試料はX線回折により当該化合物であることを同定したうえで、電気抵抗と磁化率の温度依存性を測定し電子物性を評価した。
今年度は、今後の測定を予定している超伝導状態や絶縁体状態との差異を議論する際に不可欠な金属相における電子状態の把握を重点的に行った。作製された単結晶試料に対し室温においてSTM/STS測定を行った。STM測定を行い、10nm角程度の走査範囲によるSTM像では周期的な構造が明確に観測された。スポットの広がりから、向かい合った2つのBEDT-TTFドナーで形成されているダイマーがひとつのスポットとして観測されたと考えられる。また、これらのスポットの配列はkappa型に対応していることが確認された。
STS測定により詳細なトンネルスペクトルを得た。微分コンダクタンスはフェルミ順位付近で有限の値であり金属的な電子状態を反映している。またトンネルスペクトルの形は場所によりほとんど変化しないことがわかった。これにより、超伝導状態や絶縁体状態と比較するためのデータの蓄積ができた。
比較のために、非ダイマー型の配列を持つalpha-(BEDT-TTF)2KHg(SCN)4をSTM測定した。STM像では、スポットはalpha型にパターンに配列し、それぞれがBEDT-TTFドナー分子ひとつに対応することがわかった。これにより、ダイマーと非ダイマーとではSTM像への反映の仕方が異なることがわかった。
また、電子物性の評価法に交流インピーダンス測定も加えることを目指した。新規に導入したLCRメーターによる測定システムを構築し、10Hz~5MHzの帯域での交流インピーダンス測定に対応した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
分担者との共同実験が予定通りに行えなかったため、低温STMを用いた実験の着手が遅れた。これは、コロナ禍の影響により前年度に予定されていた分担者の出張業務が今年度に繰り越されたためである。
現在、当該出張業務は完了しており、分担者との共同実験は滞りなく進められる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
10 K以下の超伝導相においてSTM/STS測定を行う。広範囲にわたる状態密度マッピングを行い、この系の超伝導の不均一性を実空間で微視的に観測する。試料の冷却速度を変化させることで不均一性の制御を試みる。不均一な超伝導状態において、詳細なSTS測定により超伝導相とモット絶縁体相との空間的な境界での電子状態を観測することで、超伝導に対する電子相関の役割に関する知見を得る。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
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[Presentation] STM Study of 12-mer Single Strand Guanine2022
Author(s)
Katsuya Ishizaki, Issei Miyazaki, Harison Rozak, Wan Nurfadhilah Zaharim, Muhammad Hanif Che Lah, Isao Watanabe, Shukri Sulaiman, Satoshi Tanda, Koichi Ichimura
Organizer
29th International conference on Low Temperature Physics (LT29)
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Int'l Joint Research
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