2016 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of physical properties acompanied by strongly correlated electron systems based on organic chiral conductors
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15H03792
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
西川 浩之 茨城大学, 理学部, 教授 (40264585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 順一 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (90191311)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子性導体 / キラル伝導体 / 有機超伝導体 / 強相関電子系 / 機能性物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
27年度は縮小π電子系キラルドナーである(S,S)-DM-MeDH-TTPのXP6 (X = P, As, Sb, Ta)塩の結晶構造が反転中心を持たないことを確かめるとともに，常圧および通常のクランプセルで到達可能な1.7 GPaまでの輸送特性を調べた。すべての塩は1.7 GPaまで半導体的であり，その圧力依存性は非常に小さいことを明らかにした。28年度はクランプセルでは到達できない超高圧下での測定を，キュービックアンビルセルを用いて行った。PF6塩は6 GPa，AsF6塩は8 GPaまで測定した結果，両塩とも約3 GPa以上の圧力下で金属へと転移したものの，超伝導は確認されず，極低温では抵抗の上昇が見られた。これらの塩の低温における絶縁相を明らかにするため，常圧における磁化率の温度依存性を測定した。その結果，Bonner-Fisherでフィットできる磁化率の温度依存性を観測した。このことから，ユニフォームな一次元反強磁性鎖の発現が示唆された。結晶構造から得られる分子間相互作用を考慮すると，一次元反強磁性的な磁化率の温度依存性は，結晶のa軸方向に電荷がストライプ状に配列した電荷秩序絶縁状態に起因すると考えられる。
一方，分担者のグループでは，27年度にキラルドナー(S,S)-DMDT-METおよびそのラセミ体（(±)-体）である(±)-DMDT-METのXF6（X = P, As, Sb）塩の作製に成功し，電気伝導度測定および結晶構造解析を行った。28年度は，新しいキラルおよびラセミドナーを用いた電荷移動（CT）塩として，(S,S)-と(±)-DMDHDA-TTPのI3塩，PF6塩，AsF6塩，並びに(S,S)-と(±)-MTDM-TTPのAsF6塩の作製を行い，伝導度測定，結晶構造解析に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，空間反転対称を持たない有機伝導体を構築して超伝導を発掘することを目的に，不斉炭素を導入した新しいキラルドナーと相当するラセミドナーを合成してキラル伝導体とラセミ伝導体の開発を行っている。キュービックアンビルセルを用いて，キラルドナー (S,S)-DM-MeDH-TTPのCT塩の電気物性を8 GPaまでの高圧下で調べた結果，(S,S)-DM-MeDH-TTPのPF6塩およびAsF6塩は，ともに約3 GPa以上の圧力下で金属的な挙動を示すことを明らかにした。電子相関が強い縮小π系キラルドナーを用いた金属の開発を達成した。8 GPaまでの超高圧力下でも極低温では絶縁化していることも見出した。輸送特性の詳細な解析から，これらの物質で量子臨界性が示唆される結果を得ている。また，磁気的性質を常圧下の磁化率測定で明らかにした。PF6塩およびAsF6塩の磁化率の温度依存性ではブロードなピークが観測され，低次元反強磁性的な振る舞いを示した。解析の結果，ユニフォームな一次元反強磁性鎖が発現しており，この挙動は結晶のa軸方向に電荷がストライプ状に配列した電荷秩序絶縁状態により説明できる。また，この電荷秩序構造は，結晶構造解析から示唆される分子間相互作用とも整合している。
分担者のグループでは，キラル・ラセミ伝導体として，(S,S)-と(±)-DMDT-METのPF6塩，AsF6塩，SbF6塩の作製に成功し，伝導性の違いを具体的に明らかにした。さらに新しいキラル・ラセミドナーとして，(S,S)-と(±)-DMDHDA-TTPおよび(S,S)-と(±)-MTDM-TTPの合成に成功した。(S,S)-と(±)-DMDHDA-TTPに関しては，I3塩，PF6塩，AsF6塩の作製に，(S,S)-と(±)-MTDM-TTPに関してはAsF6塩の作製に成功し，伝導度測定および結晶構造解析を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
(S,S)-DM-MeDH-TTPのXP6 (X = P, As)塩では，キュービックアンビルセルを用いた高圧下電気抵抗測定でも超伝導相を確認することができなかった。常圧の絶縁相に関しては，磁化率の温度依存性の測定から，絶縁相が電荷秩序相であることが示唆された。この電荷秩序状態に関するより詳細な情報を得るためには，放射光を用いた精密構造解析を行う必要がある。そこで，今年度の高エネルギー加速器研究機構の共同研究課題に申請し，「キラルドナーを用いた分子性導体の構造と電子状態に関する研究」という課題で採択された。一方，SbF6塩は13 kbar以上の圧力下で金属的な挙動を示すことを明らかにしたが，結晶の質が良くないため再現性に劣る。この塩の良質な単結晶作製を検討するとともに，磁化率およびキュービックアンビルセルを用いた超高圧下の輸送特性を解明する。また，XP6 (X = P, As)塩の絶縁相が電荷秩序相であることが示唆されることから，誘電率など交流インピーダンスの測定を行う。さらに，空間反転対称の有無が物性に及ぼす効果について明らかにすることも本研究の目的であることから，(S,S)-DM-MeDH-TTPのラセミ体である(±)-DM-MeDH-TTPを新たに合成し，そのCT塩の結晶構造，電気物性の違いを解明する。
分担者のグループでは，これまでに作製に成功しているキラル・ラセミ伝導体のバンド構造を計算するとともに，静水圧下における伝導度測定を行い，超伝導相を探索する。また，我々が打ち出した分子設計指針に基づき，新しいキラル・ラセミドナーとして，様々なアニオンと金属的CT塩を形成することが分かっているDHDT-TTP のトランス-ジメチル誘導体である(S,S)-ならびに(±)-DMDHDT-TTPの合成を行い，これらのCT塩の作製，伝導度測定および結晶構造解析に着手する。
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