2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06346
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
加藤 礼三 国立研究開発法人理化学研究所, 加藤分子物性研究室, 主任研究員 (80169531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田嶋 尚也 東邦大学, 理学部, 教授 (40316930)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 分子性固体 / 有機導体 / 強相関電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元三角格子を有するモット絶縁体EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2の量子スピン液体相において、三つの構造・状態（二量体、四量体、八量体）が絶えず組み替わっていることを振動（赤外・ラマン）スペクトル解析から見出した。これは、スピン液体発現において、スピンだけでなく軌道・格子・電荷の自由度が重要な役割を担っていることを示す。
高圧下で質量ゼロのディラック電子系となるα-(BEDT-TTF)2I3系において、電子相関効果による分数量子ホール効果の実現に向けて、ディラックコーン対の対称性をキャリア注入によって調べた。電子－正孔対称性は、ディラック点より高エネルギー側のフェルミ速度と低エネルギー側のフェルミ速度の比で表わされるが、この系では約1.3となることを見出した。さらに、量子輸送現象測定から、このディラック電子系に隣接している電荷秩序状態は、境界近傍では質量を持つディラック電子系であることを見出した。一方、単一成分分子結晶[Pd(dddt)2]については、この系がノーダルライン半金属の電子状態を示すことを理論家との共同研究で明らかにした。
モット絶縁体と基板との界面に自己組織化単分子膜（SAM）を挿入することにより、電界効果の効率を向上させ、200 cm2/Vsを超えるデバイス移動度を達成した。また、このデバイスを用いて得られた輸送測定により、二次元有機モット絶縁体におけるフィリング制御モット転移の臨界指数を求めることに成功した。一方、昨年度製作した新たな歪み印加プローブを用いてNb-SrTiO3基板を湾曲させる実験を行ったところ、圧電効果による静電場が発生してしまい、外部ゲート電圧との効果の切り分けが困難であることが明らかとなったため、CaF2等の別の材料を用いて基板の熱収縮率調整と歪み制御を試みた。
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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
主要３テーマである量子スピン液体、多層ディラック電子系、電場誘起モット転移系の各々について、前年度得られた結果を論文発表すると共に、当初予定していた実験を行い、おおむね順調にデータを得た。これらは現在、論文にまとめている段階である。ただし、単一成分分子結晶[Pd(dddt)2]について、DACと放射光を用いてディラック点が出現する圧力下でのＸ線構造解析を試みたが、双晶化が起きたため構造決定までには至らなかった。これは次年度にマシンタイムを得たので、再実験を行う予定である。
また、主要備品として納入した、マルチシステム用液体ヘリウム再凝縮システムは、問題なく稼働している。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子スピン液体については、従来に引き続き、スピン自由度だけではなく、電荷・格子・軌道自由度の役割に着目して、振動スペクトル、共鳴スペクトル、磁気熱量効果等を用いた検証を行う。
α-(BEDT-TTF)2I3の高圧下で実現したディラック電子系の電子-正孔対称性は非対称であることを明らかにした。キャリア注入による量子輸送現象測定から、非対称なディラックコーンのパラメーターを決定し、電子-正孔非対称性の起源が電子相関効果によるのかを調べ、分数量子ホール効果の実現を計画する。さらに、電荷秩序状態とディラック電子との相関・競合性が発現する新奇の物理現象探索を計画する。
高圧下でノーダルライン半金属となる単一成分分子結晶[Pd(dddt)2]の圧力下Ｘ線構造解析の再実験を行う。今回は、加圧条件を検討すると共に、単結晶だけではなくヘリウムガス圧と組み合わせた粉末Ｘ線回折法も試みる。
昨年度開発した電気二重層トランジスタと格子歪み制御機構の組み合わせにより、より広いパラメーター範囲で精密な測定が可能となったため、バンド幅、バンドフィリング、温度を変化させながら輸送現象の測定を行う。超伝導相と絶縁相、非フェルミ液体のそれぞれが相図上のどこに分布しているのかをまず確認し、各相のクロスオーバー領域などで量子臨界スケーリングが成立するのか、いわゆるBad Metal的な振る舞いが見られるのか、といった事を検証する。デバイスの伝導度はバルクの伝導度と界面の伝導度との和として観測されるため、これらを分離する手法についても検討する。
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[Journal Article] Aperiodic Quantum Oscillations of Particle-Hole Asymmetric Dirac Cones2017
Author(s)
E. Tisserond, J. N. Fuchs, M. O. Goerbig, P. Auban-Senzier, C. Meziere, P. Batail, Y. Kawasugi, M. Suda, H. M. Yamamoto, R. Kato, N. Tajima, and M. Monteverde
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Journal Title
EPL, A Letters Journal Exploring the Frontiers of Phsicas
Volume: 119
Pages: 67001/1-5
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 磯野貴之、杉浦栞理、寺島太一、宇治進也、加藤礼三2017
Author(s)
Magnetocaloric-Effect Study on a Pd(dmit)2-Based Spin-Liquid Material
Organizer
The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Taehoon Lee、大島勇吾、崔亨波、加藤礼三2017
Author(s)
Anomalous Antiferromagnetic Resonance Observed in λ-(BETS)2FeCl4
Organizer
The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Sunghyun Kim、大島勇吾、加藤礼三2017
Author(s)
Evaluation of the Spin Gap in the Valence Bond Solid Material EtMe3P[Pd(dmit)2]2
Organizer
The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 開康一、高橋利宏、加藤礼三2017
Author(s)
Spin Dynamics in λ-(BETS)2FeCl4 near the AF Ttransition at Low Fields
Organizer
The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 山下智史、中澤康浩、上田康平、加藤礼三2017
Author(s)
Thermodynamic Study on the Behavior around Phase Boundary between Quantum Spin Liquid State and Charge Ordered State in X[M(dmit)2]2 System (M=Pd,Pt)
Organizer
The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dynamics of Mott Insulators Studied at Quantum Spin Liquids2017
Author(s)
A. Pustogow, M. Bories, M. S. Alonso, E. Zhukova, B. Gorshunov, J. Schlueter, A. Lohle, R. Hubner, Y. Yoshida, T. Hiramatsu, G. Saito, Y. Saito, A. Kawamoto, R. Kato, S. Fratini, T. H. Lee, V. Dobrosavljevic, and M. Dressel
Organizer
International School and Workshop on Electronic Crystals ECRYS-2017
Int'l Joint Research
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