2020 Fiscal Year Research-status Report
デバイス構造を用いた強相関物質の多元的パラメータ制御
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19K03730
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
川椙 義高 東邦大学, 理学部, 講師 (40590964)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | モット転移 / 超伝導 / 電界効果トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子間相互作用が強い物質では電子密度(バンドフィリング)と電子の運動エネルギー(バンド幅)を変えることで劇的に電子状態が変化し、高温超伝導、モット絶縁相、異常金属相など多彩な物性を見せることが知られている。これらのパラメータは化学的な組成の異なる複数の試料を作製したり、数万気圧の高圧をかけて制御することが一般的であるため、同一試料で精緻かつ可逆的に変化させることは難しい。本研究は、電気二重層トランジスタの原理によるキャリアドーピングと、トランジスタ基板の曲げひずみを組み合わせ、様々な有機モット絶縁体(反強磁性体や量子スピン液体)におけるバンドフィリングとバンド幅を同一試料で制御し、超伝導をはじめとするモット転移近傍の電子状態を調べることを目的としている。前年度に反強磁性モット絶縁体を対象として実験を行い、超伝導相が反強磁性絶縁相を囲んでいること、また超伝導の発現する領域が電子側と正孔側で著しく非対称であることがわかった。
令和２年度は、この超伝導相の分布と絶縁相における磁気秩序の関係に関する知見を得るため、前年度に対象とした反強磁性絶縁体と同じ結晶構造をもつ量子スピン液体候補物質に対して同様の実験を行った。その結果、反強磁性体の場合と同様にドーピングによる両極性超伝導を観測することに成功した。量子スピン液体候補物質は曲げひずみ(圧力)に対してはこれまでに知られているように反強磁性体と異なる温度-圧力相図が得られたのに対して、ドーピングに対しては反強磁性体の場合とよく似た温度-ドーピング相図が得られた。
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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
令和２年度は、当初の計画通り研究対象を量子スピン液体候補物質に広げ、同様の実験手法によって両極性超伝導を観測することに成功した。また、次年度に対象とする分子性ディラック電子系に本研究の手法を適用するための試料合成の条件出しを行った。このため研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度は、令和２年度に対象とした量子スピン液体候補物質における詳細な相図を得るとともに、当初の計画通り、弱い圧力でディラック電子系となる分子性物質を対象として実験を行い、電子間相互作用の強い絶縁相とディラック電子系の間の相転移について調べる。
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| Causes of Carryover |
前年度の計画ではスクロールポンプやソースメジャーユニットを購入して測定環境を整備し、ひずみ制御装置の改造費用に充てる予定であったが、他機関への異動のため液体ヘリウムによる低温測定が難しくなり、無冷媒クライオスタットを使用する必要が生じた。コンプレッサーを利用した無冷媒クライオスタットにはメンテナンスが不可欠であり、装置の不調に備えてメンテナンス費用を確保したが、当該年度には特に不具合が起きなかったため次年度使用額が生じた。装置の不具合が生じた場合にはメンテナンス費用を支出し、生じなかった場合は前年度の計画の通りスクロールポンプ等の購入に充てる。
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