2017 Fiscal Year Annual Research Report
Electric-double-layer doping into organic correlated electron systems
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15K17714
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
川椙 義高 国立研究開発法人理化学研究所, 加藤分子物性研究室, 研究員 (40590964)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子性導体 / キャリアドーピング / モット絶縁体 / 電場誘起超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では有機強相関電子系を用いて電気二重層トランジスタ(EDLT)を作製し、同一試料におけるキャリアドーピングの効果(特に、モット転移や超伝導転移に関する効果)を調べることを目的としている。本年度は、昨年度までに作製に成功した有機モット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]ClのEDLTに基板曲げひずみによる圧力制御を適用し、ドーピングによる超伝導の観測を目指した。これによってバンド幅-バンドフィリング相図上で超伝導相がどのように分布しているのかを同一試料中で調べることができる。
その結果、圧力制御によるモット転移の近傍で、電子、正孔どちらのドーピングに対しても超伝導が観測された(両極性超伝導)。超伝導が現れるドーピング濃度は電子側と正孔側で大きく異なっており、昨年度までに明らかになった擬ギャップ相と同様に、超伝導相にもドーピング非対称性が存在することがわかった。
本研究の手法の利点は、化学的なドーピングやバンド幅制御と比べてパラメータ制御による不純物や試料依存性の影響が小さいことである。このため本研究で得られたドーピング非対称性は、本質的な電子状態(バンド構造など)を反映している可能性が高く、非従来型超伝導の機構解明に向けた理論研究に資する結果である。
一方で、もうひとつの対象物質であるスピン液体候補物質EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2に対しては様々なイオン液体の使用を試みた結果、活性化エネルギーを30%以上減少させることに成功した。しかしながら金属伝導を観測することはできず、より広範な物質にキャリアドーピングを行うためには試料の表面処理を含めた新たなデバイスプロセスの開発が必要であると考えられる。
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