２種類の分子配列層をもつ新型有機超伝導体における超伝導発現機構の解明

• Project Area: New Frontier in Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom
• Project/Area Number: 23110709
• 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, 理工学研究科, 助教 (60323789)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 有機超伝導体 / 結晶構造 / 電荷秩序 / フェルミ面 / 有効質量 / 2次元系 / 上部臨界磁場 / 量子振動 / 不整合格子

Outline of Annual Research Achievements

1994年に米国アルゴンヌ国立研究所のメンバーによって開発された(BEDT-TTF)2Ag(CF3)4(TCE)には、超伝導転移温度(Tc)が2 K級の物質と10 K級の物質が存在することが報告されていた。低Tc相の構造は通常のkappa型分子配列(分子が井桁状に配列)であることが報告されているが、高Tc相の結晶構造は明らかにされていなかった。我々はAg(CF3)4塩の高Tc相の結晶構造を明らかにし、高Tc相には2つの相(Tc = 9.5 Kと11 K)があることを確定させた。どちらの相も2種類のドナー分子配列層(kappa型とalpha'型(分子が捩じれながら積層))があり、alpha'層が電荷秩序状態にあることをドナー分子の結合距離から明らかにした。結晶学的に独立なドナー層が2つあることから、超伝導を担うと考えられるkappa層のバンド充填率(ドナーからアニオンへの電荷移動量)が通常の1/2であるか否かは一義的に決まらない。このことは電荷秩序と考えられるalpha'層のバンド充填率にも直結する。結合距離からの見積は誤差がやや大きいことから、まずTc = 11 Kの相(kappa-alpha'2相)の量子振動の測定によりバンド充填率を決めることを試みた。kappa層のフェルミ面が明瞭に観測され、フェルミ面の断面積からバンド充填率は他のkappa型(BEDT-TTF)2X超伝導体と同じ1/2であることが明らかになった。また、量子振動から得られた有効サイクロトロン質量は裸のバンド質量よりも大きく、二つの質量の比が大きい物質ほどTcが高い傾向があることを見出した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Fermi Surface of the Dual-Layered Organic Superconductor ka2'-(BEDT-TTF)2Ag(CF3)4(TCE) with Acentric Charge-Ordered Layers (2013)
  • Author(s): T. Kawamoto, T. Mori, T. Terashima, S. Uji, and J. A. Schlueter
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 82 Issue: 2 Pages: 24704-24704
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.024704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interlayer Charge Disproportionation in the Layered Organic Superconductor K_H-(DMEDOTSeF)_2[Au(CN)_4](THF) with Polar Dielectric Insulating Layers (2012)
  • Author(s): Tadashi Kawamoto, Takehiko Mori, David Graf, James S. Brooks, Yamaguchi Takahide, Shinya Uji, Takashi Shirahata, TatsuroImakubo
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett Volume: 109 Issue: 14 Pages: 147005-147005
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.147005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-dimensional superconductivity in the layered organic superconductor κ_H-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4](THF) with thick dielectric insulating layers (2012)
  • Author(s): T.Kawamoto, T.Mori, Y.Takahide, T.Terashima, S.Uji, T.Shirahata, T.Imakubo
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 85(17) Issue: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.014504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] T_c of 11K identified for the third polymorph of the (BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE) organic superconductor (2012)
  • Author(s): 川本正, 他
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 81 Issue: 2 Pages: 023705-023705
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.023705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disordered polyhalide anion effect on the Fermi surface of the incommensurate organic superconductor (MDT-TSF) I0.77Br0.52 (2011)
  • Author(s): T.Kawamoto
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.094518
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-dimensional superconductivity in the layered organic superconductor κH-(DMEDO-TSeF)_2 [Au (CN)_4](THF) with thick dielectric insulating layers (2011)
  • Author(s): T.Kawamoto
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 85 Issue: 5 Pages: 054706-054706
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.054706
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Transport and magnetic torque studies of the dual-layered organic superconductor kappa alpha'_1_-(BEDT-TTF)_2_Ag(CF_3_)_4_(TCE) (2012)
  • Author(s): 川本正、他
  • Organizer: International Symposium Material Science Opened by Molecular Degree of Freedom
  • Place of Presentation: 宮崎シーガイヤ（宮崎県）
  • Year and Date: 2012-12-01
• [Presentation] 有機超伝導体kappa alpha'_1_-(BEDT-TTF)_2_Ag(CF_3_)_4_(TCE)の磁気トルク (2012)
  • Author(s): 川本正、他
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大（神奈川県）
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] Third polymorph of the (BEDT-TTF)_2_Ag(CF_3_)_4_(TCE) organic superconductor with charge ordered layers (2012)
  • Author(s): 川本正、他
  • Organizer: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals
  • Place of Presentation: Atlanta（米国）
  • Year and Date: 2012-07-08
• [Presentation] 2つの10K級有機超伝導体(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE)のフェルミ面 (2012)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] Novel crystal structure and electronic states of the organic superconductor with T_c of 10K class : κ-δ-(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE) (2011)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: International Symmposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets (ISCOM 2011)
  • Place of Presentation: ポーランド・Gniezno
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] 10K級新型有機超伝導体(BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE)の超伝導特性 (2011)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 新型有機超伝導体の構造と物性 (2011)
  • Author(s): 川本正
  • Organizer: 分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Remarks] 成果フラッシュ
  • URL: http://www.mdf.t.u-tokyo.ac.jp/News_Flash/MDF_News_Flash_No_49_Kawamoto_120509.pdf
• [Remarks]
  • URL: http://www.mdf.t.u-tokyo.ac.jp/News_Flash/MDF_News_Flash_No_47_Kawamoto_120131.pdf
• [Remarks]
  • URL: http://www.mdf.t.u-tokyo.ac.jp/News_Flash/MDF_News_Flash_No_42_Kawamoto_111007.pdf
• [Remarks]
  • URL: http://www.mdf.t.u-tokyo.ac.jp/News_Flash/MDF_News_Flash_No_34_Kawamoto_110511.pdf