フラストレーションで抑制された強誘電性電荷整列の分子自由度操作による秩序化制御

• Project Area: New Frontier in Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom
• Project/Area Number: 23110725
• 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: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 山本 薫 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (90321603)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2012: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2011: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 有機伝導体 / 分子性固体 / 強相関電子系 / 強誘電体 / 電子強誘電 / フラストレーション / 非線形光学 / ドメイン

Outline of Annual Research Achievements

擬一次元有機伝導体(TMTTF)2Xの一部は電荷秩序と考えられる局在化転移を示す。この転移が強誘電性転移である可能性が提案され注目されていたが，長い間その検証はなされていなかった。我々は，液化アルゴンを充填して用いるサファイアアンビルセルを作製し，単結晶試料に機械的ひずみを加えることなく冷却を行うことで，３つの塩（X = AsF6，PF6, SbF6）の顕微SHG測定をヘリウム温度近傍まで行った。その結果，３つの塩それぞれが電荷秩序転移点以下の温度でSHG活性を示すことを確認し，これらの電荷秩序が強誘電性転移であることを確認した。これらの３塩は同形結晶でありながら，AsF6およびPF6の２つの塩はスピンパイエルス転移と考えられる非磁性転移を示すのに対し，SbF6塩は低温で反強磁性転移するとされている。TMTTF塩を念頭としたモデル計算により，これらの塩における反強磁性スピン秩序は電気分極を発現する電荷配列と協奏的に結合している可能性が指摘されており，SbF6塩ではマルチフェロイック効果による電気分極の増大の観測も期待される。このような磁性と電荷秩序の関係に注目するために， AsF6塩とSbF6塩の２塩のSHG強度を同条件で測定し比較したところ，後者の塩で期待していた磁気秩序と電気分極の結合効果は実験精度の範囲内では確認できなかった。一方，AsF6塩では，非磁性転移付近の温度以下で自発分極の抑制を示唆するSHG信号の減少が確認された。この変化は，スピンパイエルス転移によって電荷が再配列するとしている理論的予測を支持している。

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] Charge-order driven proton arrangement in a hydrogen-bonded charge-transfer complex based on a pyridyl-substituted TTF derivative (2012)
  • Author(s): S.Lee, A.Ueda, H.Kamo, K.Takahashi, M.Uruichi, K.Yamamoto, K.Yakushi, A.Nakao, R.Kumai, K.Kobayashi, H.Nakao, Y.Murakami, and H.Mori
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 48 Issue: 69 Pages: 8673-8675
  • DOI: 10.1039/c2cc34296k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charge Transport in Charge-Ordered States of Two-Dimensional Organic Conductors, alpha-(BEDT-TTF)_2I_3 and alpha (2012)
  • Author(s): K.Kodama
  • Journal Title: JPSJ Volume: 81 Issue: 4 Pages: 44703-44703
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.044703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] E-mv coupling of vibrational overtone in organic conductors: Relationship to optical nonlinearities and ferroelectricity (2012)
  • Author(s): K. Yamamoto, A. A. Kowalska, Y. Yue, and K. Yakushi
  • Journal Title: Physica B Volume: 407 Issue: 11 Pages: 1775-1778
  • DOI: 10.1016/j.physb.2012.01.027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin dynamics of charge carriers in the process of their localization in α'-(BEDT-TTF)2IBr2 single crystals (2011)
  • Author(s): Morgunov, R.B.; Dmitriev, A.I.; Chernen'kaya, A.S.; Yakushi, K.; Yamamoto, K., Tanimoto, Y.
  • Journal Title: JOURNAL OF EXPERIMENTAL AND THEORET ICAL PHYSICS Volume: 111 Issue: 5 Pages: 857-864
  • DOI: 10.1134/s1063776110110166
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vibronic activation of molecular vibrational overtones in the infrared spectra of charge-ordered organic conductors (2011)
  • Author(s): K. Yamamoto, A. A. Kowalska, Y. Yue, and K. Yakushi
  • Journal Title: Phys. Rev. Volume: B 84 Issue: 6 Pages: 64306-64306
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.064306
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 強誘電性逐次転移をしめすα'-(BEDT-TTF)2IBr2塩の誘電率 (2013)
  • Author(s): 山本 薫
  • Organizer: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第7回 領域会議
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
  • Year and Date: 2013-03-01
• [Presentation] 強誘電性逐次転移をしめすα'-(BEDT-TTF)2IBr2塩の誘電緩和 (2012)
  • Author(s): 山本 薫
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋期大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学（神奈川県）
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] α^1-(BEDT-TTF)_2IBr_2の電子強誘電性と逐次相転移 (2012)
  • Author(s): 山本薫, Aneta A.Kowalska, 売市幹夫, 薬師久弥, 渡邉真史, 玄知奉, 山下淳史, 野田幸男, 小林賢介, 熊井玲児
  • Organizer: 日本化学会第92回春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学三田キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] 有機伝導体α'-(BEDT-TTF)2IBr2の電子型強誘電相転移 (2012)
  • Author(s): 山本薫, Aneta Aniela Kowalska, 売市幹大, 薬師久弥
  • Organizer: 第59回応用物理学会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] 擬一次元有機伝導体(TMTTF)_2X塩の静水常圧下顕微SHG観測 (2012)
  • Author(s): 山本薫, 河本充司, 松永悟明, 野村一成, 薬師久弥
  • Organizer: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第6回領域会議
  • Place of Presentation: 仙台岩沼屋(宮城県)
  • Year and Date: 2012-01-05
• [Presentation] 光学SHGでみる有機伝導体の電子型強誘電転移 (2012)
  • Author(s): 山本 薫
  • Organizer: 先導研講演会
  • Place of Presentation: 九州大学先導物質化学研究所（福岡県）
  • Invited
• [Presentation] 有機伝導体の新機能電子分極型の強誘電性 (2011)
  • Author(s): 山本薫
  • Organizer: 有機固体若手の会2011冬の学校
  • Place of Presentation: 定山渓ビューホテル(北海道)
  • Year and Date: 2011-12-17
• [Presentation] 有機伝導体の新機能電子型強誘電性への分光学的アプローチ (2011)
  • Author(s): 山本薫, Kowalska Aneta, 売市幹大, 薬師久弥
  • Organizer: 豊田理化学研究所分子科学セミナー「有機伝導体研究の現在とスピンオフ」
  • Place of Presentation: 豊田理化学研究所(愛知県)
  • Year and Date: 2011-12-10
• [Presentation] Frustrated Ferroelectric Charge Ordering in α'-(BEDT-TTF)_2IBr_2 (2011)
  • Author(s): 山本薫
  • Organizer: MDF Int.Mini-Workshop : Development of Mol.Degree of Freedom towards Novel Functionality
  • Place of Presentation: 神戸タワーホテル(兵庫県)
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] SHG顕微鏡観測による有機伝導体の強誘電性電荷秩序Electronic Ferroelectricity in Organic Conductors Studied by Optical SHG Microscopy (2011)
  • Author(s): 山本薫, 岩井伸一郎, 薬師久弥
  • Organizer: 第5回物性科学領域横断研究会「凝縮系科学の最前線」
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所(宮城県)
  • Year and Date: 2011-11-20
• [Presentation] 擬一次元有機伝導体(TMTTF)_2X(=SbF_6,AsF_6)塩の静水圧下顕微SHG観測 (2011)
  • Author(s): 山本薫, 河本充司, 松永悟明, 野村一成, 薬師久弥
  • Organizer: 金研研究会「電子自由度による強誘電体最前線」
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所(宮城県)
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] 光学SHG観測による(TMTTF)_2X(=SbF_6,AsF_6)塩の自発電気分極特性 (2011)
  • Author(s): 山本薫, 河本充司, 松永悟明, 野村一成, 薬師久弥
  • Organizer: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」班会議
  • Place of Presentation: 東京大学工学部6号館(東京都)
  • Year and Date: 2011-10-12
• [Presentation] Successive Ferroelectric Transitions in α'-(BEDT-TTF)_2IBr_2 Studied by Second-Harmonic Generation under Hydrostatic Pressures (2011)
  • Author(s): K.Yamamoto, A.A.Kowalska, M.Uruichi, K.Yakushi, C.Hyon, M.Watanabe, Y.Noda, R.Kondo
  • Organizer: 9th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets (ISCOM 2011)
  • Place of Presentation: Collegium Europaeum Gnesnense, the Adam Mickiewicz University of Poznan (Gniezno, Poland)
  • Year and Date: 2011-09-25
• [Presentation] (TMTTF)_2X(=SbF_6,AsF_6)の静水常圧下光学SHG測定 (2011)
  • Author(s): 山本薫, 河本充司, 松永悟明, 野村一成, 薬師久弥
  • Organizer: 日本物理学会平成23年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五幅キャンパス(富山県)
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] Nonlinear optical study of ferroelectric organic conductors (2011)
  • Author(s): Kaoru Yamamoto
  • Organizer: International Research School and Workshop on Electronic Crystals ECRYS-2011
  • Place of Presentation: The Insitute of Sci.Studies (Cargese, France)
  • Year and Date: 2011-08-19
• [Presentation] 電荷秩序による分子振動倍音の赤外活性化と非線形光学特性 (2011)
  • Author(s): 山本薫
  • Organizer: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第5回領域会議
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス工学部6号館(東京都)
  • Year and Date: 2011-06-08