2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of a new discipline, quantum glass, for electronic systems and its development to material science
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18H05225
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鹿野田 一司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20194946)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 初果 東京大学, 物性研究所, 教授 (00334342)
池田 昌司 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (00731556)
賀川 史敬 東京工業大学, 理学院, 教授 (30598983)
伊藤 哲明 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (50402748)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 電子ガラス / 分子性固体 / 強相関電子系 / ソフトマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
○量子性ガラスの探索と電子レオロジーの確立：[鹿野田] 電子過冷却液体や電子ガラスが結晶化する際の界面を、これまでのラマンイメージングより20倍空間分解能を上げて（300 nm）観測したところ、電子結晶成長界面の観測に初めて成功し、特異な針状成長が認められた。[伊藤] 定常電流印加下NMR測定系の立ち上げに成功した。この測定系を用い、昨年度発見した(d8-DMe-DCNQI)2Cuの電流印加下非平衡状態の微視的解明を行った。結果、無電流下においては低温で一様な電荷秩序相が実現するが、電流印加により電荷秩序領域と無秩序領域が自発的に共存・組織化を起こすことを明らかとした。
○電子系ガラスの相制御と物質制御：[賀川] 走査型ラマン顕微鏡を用いた実空間観測によって、遷移金属ダイカルコゲナイドIrTe2の薄片結晶における相転移の複雑性の検出に成功した。微小結晶ほど相転移の動的回避が起こりやすいことを実空間観測から見出し、急冷下において発現する超伝導相は、相転移が動的回避された非電荷秩序相であることが分かった。[森] 無秩序性高分子と秩序性低分子の間に位置する、新規秩序性EDOT (ethylenedioxythiophen)系オリゴマー伝導体を開拓し、その共役長を変化させてバンド幅、クーロン斥力制御を行い、さらにアニオンドープによりバンドフィリング制御も実施し、電子ガラス創成が可能な舞台を構築した。
○電子ガラスのモデル化：[池田] ガラス形成能の理解のために、粒子ガラスの結晶化を研究し、緩和時間が発散的に増大しても、結晶化速度はアレニウス則に従うことを見出した。これは、古典核生成理論に反する結果である。またレオロジーの基本法則であるHerschel-Bulkley則について、その構造的起因を特定することに成功した。
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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
○量子性ガラスの探索と電子レオロジーの確立：ラマン顕微分光を利用した高分解能空間イメージングの測定を行うことで、研究当初には想定していなかったガラス-結晶界面の観測が可能となり、特異な幾何学的性質が明らかになった。前年度までに見出された異常に速い結晶成長速度に深く関連する現象として注目される成果である。また、電流印加下非平衡電子系に対し、電流印加下NMR測定という微視的な手法を確立し、(d8-DMe-DCNQI)2Cuにおいて空間的に電子状態が組織化するという現象を観測した。このような流れがある場の電子系自己組織化は、散逸構造論などの他分野科学領域と電子物性をつなぐものであり、期待以上の成果である。
○電子系ガラスの相制御と物質制御：MnSiにおける磁気スキルミオン結晶に電流を印加し流動状態を作ることにより、非熱的な機構によってスキルミオン結晶格子の融解、そして異なる磁気秩序相への変化を観測した。このような電流という流れにおける磁気状態の変化は電流誘起非平衡相転移の発見を意味しており、期待以上の発見である。EDOT系オリゴマー伝導体の母物質は真性1/2充填バンドを持つため強相関電子系であり、アニオンの過剰ドープやプロトン欠損などバンドフィリング制御により、伝導性は劇的に向上する。さらに、この伝導度は冷却速度依存性を有し、ガラス状態を想起させる相転移/クロスオーバーを見出したのは大きな成果である。
○電荷ガラスのモデル化：昨年度の研究成果を踏まえて、ガラスの結晶化に注目した研究を行ったところ、ガラスの結晶化理論として広く知られている古典核生成理論に大きく反する結果を得た。これはガラス形成能の理解に向けての大きな一歩である。またレオロジーの基本法則の理解の進展も、ガラスの理解における重要な成果だと評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
○量子性ガラスの探索と電子レオロジーの確立：[鹿野田] 三角格子系で発現する電子ガラスが、より正三角格子に近づき幾何学的フラストレーションが強くなる程遍歴性が強くなり量子性が顕著になることが示唆されたが、これを微視的に明らかにするために、ラマンスペクトルの解析により電荷密度分布関数を求め、電子の波動関数の空間的広がりを直接に観測する。[伊藤] 立ち上げに成功した定常電流印加下NMR測定系・パルス電流印加下NMR測定系を用い、電流印加下非平衡電子状態のさらなる追求を行う。具体的には、電流下で電子状態が自己組織化する系に対し、各組織構造の体積分率・電子ダイナミクス解明を行い、その背景物理を明らかとする。
○電子系ガラスの相制御と物質制御：[賀川] 実空間磁気イメージング法を(Fe0.95Zn0.05)2Mo3O8における反強磁性相とフェリ磁性相の間の磁場誘起一次相転移について行い、反強磁性ドメインの成長速度の温度・磁場依存性を明らかにする。これにより、低温における顕著なヒステリシス幅の微視的起源を明らかにし、不揮発相制御の基盤的知見を得る。[森] EDOT系オリゴマー伝導体において、系統的なバンド幅、およびフィリング制御を行い、ミクロなスケールでせめぎ合うモット絶縁相と電荷偏局相/電荷秩序相の結合性を圧力、冷却速度依存性で制御することにより電荷ガラスの舞台を創出する。
○電荷ガラスのモデル化：[池田] 本年度に発見した古典核生成理論に反する結晶化動力学を理解するために、低温ガラスのエイジングと結晶化における構造変化を詳細に追跡する研究を行う。
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Research Products
(110 results)
