2021 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 / 量子電荷液体 / 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．
２０２１年度は，前年度に引き続いて分子フォノンと電荷状態の低エネルギー励起を赤外分光で観測するために実験室系中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組み合わせた遠赤外－中赤外光域での微小単結晶試料における分光測定を行った．特に，エックス線照射により分子欠陥を導入した分子性有機超伝導体k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brの低エネルギー励起状態に対するランダムネス依存性を明らかにした．ランダムネスの導入により強相関金属状態/超伝導からアンダーソン絶縁体状態に連続的に変化する過程においてパイ電子の低エネルギー励起状態の変化として観測することに成功した．この結果は，ランダムネス誘起の絶縁体状態がソフトクーロンギャップ状態であることを示唆している．
また，２０２０年度に新型コロナ感染症拡大により実験延期となっていたフランスグルノーブルILL熱中性子炉における非弾性中性子実験を，フランス・ドイツの海外研究協力者と共同してリモート実験により実施することができた．分子性有機物質である量子スピン液体系k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3およびモット転移の極近傍に位置するk-(d-BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brの２つの試料についてリモート実験を実施し，それぞれのフォノン測定に成功した．現在これらの結果を他の物性測定結果と統合して解析中である．
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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
２０２０年度には新型コロナウイルス感染症拡大により実験中止，延期となっていたSPring-8での遠赤外分光実験，フランスグルノーブルILLでの非弾性中性子実験が，リモートによる実施も含めて行えることができた．これらの実験では，当初計画で予定していた内容をほぼ実施することができ，前年度の遅れをほぼ回復することができた．現在，これらの実験結果の解析を研究分担者と進め論文投稿準備を行っている．このため，計画全体としておおむね順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２２年度の最終年度に向けて，初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実験を進め，２０２１年度にリモート実験により実施することができた非弾性中性子散乱実験による格子フォノン測定の結果を統合し，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合わせて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り，より密接な共同研究を進め，論文投稿を含めた成果発信につなげていく．
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