厚いアニオン絶縁層を有する層状有機超伝導体の新奇電子物性の探索

• Project Area: New Frontier in Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom
• Project/Area Number: 21110511
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 川本 正 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (60323789)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2010: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2009: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 有機超伝導 / フェルミ面 / 結晶構造 / 有機超伝導体 / 磁気抵抗

Research Abstract

構造相転移により低温でドメイン構造をもつ有機超伝導体κ_L-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF)のフェルミ面をシュブニコフ・ドハース振動により実験的に決定した。フェルミ面はバンド計算の予測とよく一致する、異方的な楕円シリンダーが重なり合って構成されている。構造相転移によりフェルミ面に小さなエネルギーギャップが開く事が予測されていたが、これは低磁場から磁気貫通軌道が観測されていることと一致する。ドメイン構造にも関わらず、量子振動が観測された事は、この物質が綺麗な2次元電子系であることを意味している。超伝導の臨界磁場は極めて異方的であり、異方性パラメータはBi系酸化物高温超伝導体に匹敵する150である。また、伝導シート間方向のコヒーレンス長は3.5Aと極めて短い。これはドナー分子のTSeFユニットの長さに相当する。ドメインサイズはこれより十分長い相関長であるため、ドメイン構造は超伝導には影響を及ぼしていないと考えられる。
1994年に米国で開発された有機超伝導体(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE)には2K級のκ型と構造が明らかにされていない10K級の物質が報告されていた。本研究で16年間未解決問題であった10K級物質の結晶構造解析に成功した。10K級物質は、κ型とδ型のドナー分子配列が交互に積層した新奇な結晶構造である。ドナー分子の結合距離から、δ型伝導シートでの電荷秩序状態が示唆されている。これは超伝導はκ型伝導シートだけが担っていると考えられる。したがって、極めて強い2次元超伝導特性が予測される。

Research Products

• [Journal Article] Fermi surface and in-plane anisotropy of the layered organic superconductor κ_L-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF) with domain structures (2011)
  • Author(s): 川本正, 他
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 83
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New molecular metals based on a tetrathiapentalene donor with peripheral methoxy groups (2011)
  • Author(s): 伊藤鉄也、(4)川本正, 他
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 40 Pages: 81-83
  • NAID: 10027655361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current orientation and contact distance dependence of rapid voltage oscillations in the organic conductor β"-(BEDT-TTF)_3(HSO_4)_2 (2010)
  • Author(s): 脇田斉、(5)川本正, 他
  • Journal Title: J.Appl.Phys. Volume: 108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel bis-fused π-electron donor composed of tetrathiafulvalene and tetraselenafulvalene (2010)
  • Author(s): 芦沢実、(6)川本正, 他
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 39 Pages: 1093-1095
  • NAID: 10027185907
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Voltage oscillation associated with nonlinear conductivity in the organic conductor α-(BEDT-TTF)_2I_3 (2010)
  • Author(s): 田村幸三、(4)川本正, 他
  • Journal Title: J.Appl.Phys. Volume: 107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organic superconductors with an incommensurate anion structure (2009)
  • Author(s): 川本正、瀧宮和男
  • Journal Title: Sci.Technol.Adv.Mater. 10
  • NAID: 120006581983
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organic superconductivity enhanced by asymmetric-anion random potential in(MDT-TS)I_<0.85>Br_<0.41>[MDT-TS=5H-2-(1,3-diselenole-2-ylidene)-1,3,4,6-tetrathiapentalene] (2009)
  • Author(s): 坂東祥匡、(2)川本正, 他
  • Journal Title: Chem.Mater. 21 Pages: 3521-3525
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonlinear dynamics of conduction electrons in organic conductors (2009)
  • Author(s): 森健彦、(4)川本正
  • Journal Title: Phys.Rev.B 79
  • NAID: 120006581959
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Giant nonlinear conductivity in an organic conductor with a sharp metal-insulator transition : β'-(BEDT-TTF)_3(HSO_4)_2 (2009)
  • Author(s): 大澤辰彦、(4)川本正
  • Journal Title: Phys.Rev.B 80
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 10K級新型有機超伝導体κ-δ-(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE)のフェルミ面 (2011)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学(震災のため中止となったが、概要集を発行していたため発表は成立扱い)
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] Novel crystal structure of the organic superconductor with T_C, of 10 K class : κ-δ-(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE) (2011)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: International school & symposium on multifunctional molecule-based materials
  • Place of Presentation: 米国・アルゴンヌ
  • Year and Date: 2011-03-15
• [Presentation] Electronic states of the weakly incoherent layered organic superconductor κ_H-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF) (2010)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: International Conference on Conducting Materials (ICoCoM 2010)
  • Place of Presentation: チュニジア・スース
  • Year and Date: 2010-11-04
• [Presentation] 10K級有機超伝導体(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE)の新奇な構造 (2010)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Presentation] Interlayer coherency of the organic superconductors κ_L- and κ_H-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF) (2010)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM 2010)
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
  • Year and Date: 2010-07-05
• [Presentation] 有機超伝導体_<κH>-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF)の超伝導特性 (2010)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大
  • Year and Date: 2010-03-22
• [Presentation] Interlayer charge disproportionation of the layered organic superconductor _<κH>-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF) (2009)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 5th Japan-France Symposium on Molecular Materials : Electronics, Photonics and Spintronics
  • Place of Presentation: フランス・レンヌ第一大
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Presentation] ドメイン構造を有する有機超伝導体_<κL>-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF)の角度依存性磁気抵抗 (2009)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] Many-body effect on the superconducting transition temperature in κ-type organic superconductors (2009)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: International workshop Theories on Strongly Correlated Molecular Conductors, SCMC
  • Place of Presentation: 成田
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] Interlayer charge disproportionation of the weakly incoherent layered or panic superconductor _<κH>-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF) (2009)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets, ISCOM'2009
  • Place of Presentation: ニセコヒルトン
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Remarks]
  • URL: http://www.mdf.t.u-tokyo.ac.jp/News_Flash/MDF_News_Flash_No_26_Kawamoto_101219.pdf