2020 Fiscal Year Annual Research Report
強相関パイ電子－分子格子ダイナミクスが誘起する分極性量子液体相
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19H01833
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐々木 孝彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20241565)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松浦 直人 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任研究員 (30376652)
中 惇 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(理工学研究所), 主任研究員(研究院准教授) (60708527)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 分子性物質 / 量子スピン液体 / フォノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，BEDT-TTF分子系分子性導体が特徴的に有する階層的な分子内振動‐分子格子振動（フォノン）ダイナミクスと強相関パイ電子系電荷/スピン自由度の結合が生み出す新しい量子液体状態，すなわち，フォノンがアシスト・増強する分極自由度を伴った電子誘電性・ダイポール液体や電荷ガラス，スピン液体の開拓と解明を目的とする．
2020年度は，中赤外光域での分子フォノンと電荷状態の低エネルギー励起を観測するために2019年度に導入した赤外域顕微分光装置と大型放射光施設SPring-8の赤外ビームラインにおける顕微遠赤外実験と合わせて，遠赤外－中赤外光域における量子スピン液体系有機物質k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3の光学伝導度測定を中心に行った．その結果，モット絶縁体状態であるはずの量子スピン液体状態において，明瞭な光学ギャップが開かずに電荷が揺らいだままである兆候が光学伝導度スペクトルに観測された．この観測により，本物質の量子スピン液体状態に特徴的な電荷揺らぎ（ダイマーダイポール）が励起スペクトルとして現れることが実験的に示された．これは量子液晶の構成要素と考えるダイマーダイポールのゆらぎが量子スピン液体状態形成の要因である可能性を示すものである．
また，同物質の非弾性中性子散乱実験をフランスグルノーブルILLの熱中性子炉において行い，分子格子フォノンと電荷揺らぎの結合に関しての観測を試みる実験計画を策定し，試料準備を進めていたが，新型コロナウイルス感染症拡大のため，現地渡航ができず，またフランスでの感染拡大のため実験の実施が翌年度（２０２１年度）以降に延期となった．このため実験実施に必要となる費用を翌年度に繰り越す手続きを行い，２０２１年度での実施のために欧州海外協力者との打合せ・調整を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２０１９年度に導入した顕微赤外分光測定系の整備は順調に進み，低温測定も含めて研究計画通りの実験が実施できたが，SPring-8での遠赤外実験は，新型コロナウイルス感染症拡大に伴い，出張実験の中止などにより一部の実験が進まなかった．
また，フランスグルノーブルのILL熱中性子炉を使用する非弾性中性子実験は，海外渡航実験ができず，またフランスでの感染症拡大により２０２０年度の実験は中止になった．２０２１年度に予算を繰り越して，リモート実験での実施可能性も含めて海外協力者と調整を進めているが，不透明な部分があり実施に至っていない．このため当初計画に比べて進捗にやや遅れが生じている．
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| Strategy for Future Research Activity |
２０１９年度に導入し２０２０年度に構築した顕微赤外分光測定系による分子フォノン分光と非弾性中性子散乱実験による格子フォノン測定，低周波数誘電率・ノイズ測定による電荷スローダイナミクス測定を統合した複合自由度の結合により生じる分極性量子液体相の発現を明らかにする．特に，研究分担者(中）との共同による理論モデル提案が，物理概念の創出に対して重要である．
２０２０年度に新型コロナウイルス感染症の拡大によりフランスでの中性子散乱実験，および国内でのSPring-8放射光赤外実験のいずれもが延期となったが，２０２１年度は，リモートでの実験実施も視野に入れた計画を，海外および国内の研究協力者，研究分担者と進めている．これらのリモート実験も含めて実験計画が，円滑に進むように実験室系装置での十分な予備実験と試料準備を進めておく予定である．
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