2016 Fiscal Year Research-status Report
分子ダイマー構造が創出する新奇な電気磁気効果の開拓
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16K17731
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中 惇 東北大学, 理学研究科, 助教 (60708527)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 誘電体 / 磁性体 / マルチフェロイクス / 有機物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子性固体における新奇な電気磁気現象の開拓を目指して、ダイマー構造を有するκ型分子配列の物質を対象とした以下の研究を行った。１）κ-BEDT-TTF塩において反強磁性磁気秩序に加えて、ダイマー内で電荷が偏る電荷秩序が生じた場合、線形の電気磁気効果が発現することを見出した。これはダイマー内の電気・磁気双極子の積で表される隠れた秩序変数により特徴づけられることを明らかにした。このため、欠陥や不純物などで磁気・電荷秩序が破壊されても、電気磁気効果が生き残る可能性がある。２）κ-BEDT-TTF塩において、ダイマー内電荷自由度とスピン自由度の量子的な縺れにより、隣り合うスピンが互いに90度を向く特異な交換相互作用が生じることを明らかにした。これは、スピン軌道結合に起因するジャロシンスキー・守谷相互作用とは本質的に異なる。さらに、通常のハイゼンベルグ型の交換相互作用と競合することで、磁気的な長距離秩序が著しく抑制されることを明らかにした。３）分子伝導層間に水素結合を持つ新規分子性固体κ-H3(Cat-EDT-TTF)2を対象としてその微視的な理論模型を構築し、基底状態相図を明らかにした。電子-プロトン結合とプロトンの量子トンネル効果の競合よって、基底状態における磁性・誘電性・伝導性ならびにプロトン配置が劇的に変化することを見出した。さらに、現在実験で観測されている相の近傍に、１）において議論した線形電気磁気効果の発現条件を満たす秩序相が存在することを見出した。
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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
本研究計画の初年度の目標であったダイマー構造を持つ分子性固体における電気磁気効果が計画通り得られた。また予期せぬ成果として、ダイマー内の電荷・スピンの量子的な縺れによる非自明なスピン間相互作用が得られた。これはκ型分子性固体で長らく議論されている量子スピン液体の問題に深く関連すると考えられる。さらに新規分子性固体の研究にも着手できた。おおむね順調な研究状況であると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験グループと連携し、新規分子性固体κ-H3(Cat-EDT-TTF)2に関する研究をさらに推進する。主にダイマー内の電荷・スピン自由度とプロトン自由度間の相関効果とダイナミクスに焦点を当てて、平均場近似を超えた手法により理論研究を行う。また、分子性固体におけるスピン軌道相互作用の効果に関する研究を計画している。スピン軌道相互作用とダイマー内電荷自由度の結合により、非線形の電気磁気応答が生じる可能性を探る。
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| Causes of Carryover |
国内の研究打ち合わせの一部をインターネットを活用して行ったため。また、他大学への異動による研究環境の変化に対応するために物品（計算機用PCなど）の購入を延期したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度分の助成金と合わせて、計算機用PCの購入ならびに国内外の出張費に充てる。
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