2018 Fiscal Year Research-status Report
有機導体のディラック電子系における異常物性の統一的解明
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15K05166
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小林 晃人 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80335009)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ディラック電子 / 電子相関 / 有機導体 / 電荷秩序 / 強誘電性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究の概要：有機導体のディラック電子系では実験技術の進歩により、パラドックス的異常物性が浮かび上がってきた。すなわち測定手段によりディラックコーンが有限ギャップ、または砂時計型、と全く異なって見えるのである。さらに最近ではギャップの大きさにも階層構造が見出されている。本研究では、これら事実の背後に潜むメカニズムを理論的に究明する。これにより、ディラック電子系の真の姿は何であるかという最も基本的な問題を解明し、広範な物質に展開する「ディラック電子系の固体物理」の普遍的概念の探求に貢献することを目指す。
具体的内容：本年度は有機導体のディラック電子系において、ディラック電子相と隣接する電荷秩序相の中に有限のギャップを持ったディラック電子状態が存在することを示し、ここでの光学ギャップと電気伝導ギャップか大きく異なることを示した。有機ディラック電子系の電荷秩序相には強誘電性により誘電分極が逆向きとなるドメインウォールが存在することが知られている。本研究では有限質量ディラック電子がドメインウォールに束縛されて運度すると、ドメインウォールに沿った方向に金属的な（ギャップのない）伝導チャンネルを形成することを示した。これにより、電気伝導ギャップは閉じるが、光学ギャップは直接遷移を観測するため開いたままとなることを見出した。
意義：本研究では有機導体のディラック電子系のエネルギースペクトルが、強誘電性の電荷秩序の実空間構造（ドメインウォール）により階層構造を有することを初めて明らかにした。
重要性：有機導体のディラック電子系は電子間相互作用が強く電荷秩序相と隣接するため、ディラック電子系の電子相関効果の研究に適していることを具体的に示した。本研究により得られた理論と知見は、広汎な物質で見出されるディラック電子系の電子相関効果の研究に応用できると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では現在までに、ディラック電子系におけるパラドックス的異常物性が電子相関効果に起因することを明らかにしてきた。NMRにより観測される磁化率の抑制は、長距離クーロン相互作用による異方的速度繰り込みが引き起こすディラックコーンの先鋭化（砂時計型）に起因することを示した【Nat. Commun. 7, 12666 (2016)】【J. Phys. Soc. Jpn. 86, 014705 (2017)】【J. Phys. Soc. Jpn. 87, 054706 (2018)】。低温における1/T1Tの反転は、バレー間エキシトニック揺らぎの発達によることを初めて示した【Sience 358, 1403-1406 (2017)】。さらに有機導体の電荷秩序相における有限質量ディラック電子相において、光学ギャップと伝導ギャップが大きく異なることを具体的に示し、光学伝導率と直流伝導率の実験結果を矛盾なく説明できることを示した【J. Phys. Soc. Jpn. 85, 094710 (2016) 】【J. Phys. Soc. Jpn. 86, 074708 (2017)】【J. Phys. Soc. Jpn. 87, 054703 (2018)】掲載された。さらにディラック－電荷秩序相転移近傍における光学伝導率に現れる特徴的なエネルギーの階層構造を予想た【Crystals 2018, 8(3), 137】。これらの成果により。本研究は当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 東大、東北大金研、東京理科大、およびグルノーブルとの国際共同研究をさらに推進し、NMRのナイトシフトと1/T1Tの圧力依存性を電子相関効果の観点から解明する。この研究を通してディラック電子系の電子相関効果を圧力により自在に制御する。
2) 東北大金研、東邦大との共同研究により、強磁場下NMRおよび層間磁気抵抗により観測される非自明な基底状態およびベリー位相の不連続変化のメカニズムを解明する。
3) 物性研との共同研究により、ディラック電子相に隣接する質量有限のディラック電子相において、スピンギャップと光学ギャップの相違のメカニズムを強相関効果の観点から解明する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：当初見積もりに比べ、本年度の研究計画の遂行に必要な旅費と論文出版費を低価格に抑えることが出来たため。
使用計画：当初計画より論文出版が増える見込みのため、論文出版費に使用する計画である。
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[Presentation] Field and pressure controlled Dirac cone renormalization and excitonic instability of interacting 2D Weyl-Dirac fermions in a-(BEDT-TTF)2I3 probed via 13C NMR2018
Author(s)
M. Hirata, D. Liu, T. Taniguchi, K. Ishikawa, G. Matsuno, D. Ohki, A. Kobayashi, H. Mayaffre, K. Miyagawa, M. Tamura, S. Kramer, M. Horvati, C. Berthier, and K. Kanoda
Organizer
The 12th International Conference on Research in High Magnetic Fields (RHMF 2018)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dirac cone reshaping, ferrimagnetic polarization and excitonic instability of 2D Weyl-Dirac fermions in α-(BEDT-TTF)2I32018
Author(s)
M. Hirata, D. Liu, K. Ishikawa, K. Miygawa, K. Kanoda, M. Tamura, C. Berthier, D. Ohoki, G. Matsuno, A. Kobayashi
Organizer
Conductivity and Magnetism in Molecular Materials
Int'l Joint Research
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