2021 Fiscal Year Research-status Report
軌道自由度を有する分子性超伝導体における電子対形成の研究
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19K05405
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
山本 貴 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 准教授 (20511017)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 分子性超伝導体 / 分子軌道自由度 / 分子分光 / 高圧 / 一軸圧縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子性物質における超伝導の発現条件を探るため、電子－電子間反発力と電子－格子相互作用（格子歪みによる電子同士の引力）を定量的に評価する実験的研究を行っている。このためには、分子同士の最外殻軌道の相互作用を調べる必要がある。本研究では、分子性導体を「A: 分子の二量体化が最も弱い系、B: 弱い二量化を示す系、C: 顕著な二量化を示す系、D: 結合に近い二量化を示す系、E: 単一成分系」に細分して、反発力と結合力の相違点・共通点を探る。本年度も、移動制限が厳しかったので、学内でできる実験と解析を中心に取り組み、A・C・Dの物質について評価することができた。
Aに属する常圧超伝導体(BEDT-TTF)4[Ga(C2O4)3(H3O)]C6H5NO2では、反発力と結合力の方向が互いに垂直なので、各方向独立に一軸圧縮を印加した。結合力を増加させると、金属的性質から半導体的性質を帯びるようになり、より低温では超伝導が促進された。Dに属するMe4Sb[Pt(dmit)2]2の振動スペクトルを測定した。この物質は超伝導体ではないが、金属相と半導体相の最外殻軌道が、それぞれ反結合性軌道と結合性軌道に属することを見出した。この結果を基に圧力下超伝導体Q[Pd(dmit)2]2（Q=1価の陽イオン）の振動スペクトルも、軌道準位の観点から解析できるようになった。Cに属する(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Iでは、超伝導と半導体が共存する状態を見出した。この共存状態は、常圧で急冷無しで実現する。
液体媒体で加圧した結晶の全ての結晶面に対して、赤外反射スペクトルを測定する手法を見出した。これにより、圧力中の結合力だけでなく、反発力も定量化できる可能性を示すことができた。
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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
Aに属するβ"－型二次元伝導体は、反発力と結合力の方向が互いに垂直である。常圧超伝導体である(BEDT-TTF)4[Ga(C2O4)3(H3O)]C6H5NO2に一軸圧縮を印加しながら電気抵抗率を測定した成果を論文発表した。反発力を固定しながら結合力の方向に圧縮すると超伝導が促進された。しかも、超伝導転移温度よりも高い温度では、金属的挙動から半導体的挙動に転じた。反発力を保持したまま結合力を増加させることで、電荷不均一を伴う四量化揺らぎが促進されることを見出した。金属を外部圧力で超伝導にする指針を示すことができた。
Dに属する金属ジチオレン錯体塩、および、Eに属する中性金属ジチオレン錯体は、フェルミエネルギー近傍に複数の軌道が存在するので、最外殻の軌道を決定する必要がある。Me4Sb[Pt(dmit)2]2のC=C伸縮振動を用いて、金属相と半導体相の最外殻軌道を決定した成果を論文発表した。この物質と二種の類縁体の近赤外スペクトルの測定を行い、金属相の反結合軌道と半導体相の結合性軌道の準位を決定した結果を学会発表した。
Cに属する(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Iは、研究者によって基底状態の見解がまちまちであった。合成条件の検討と抵抗率と構造解析の結果を論文発表した。この物質は常圧で超伝導と半導体の境界に位置するので、結晶ごとに二量体間・二量体内相互作用が少しずつ異なることが判明した。
高圧中の赤外反射スペクトル測定法の研究を行い、学会発表した。分子性伝導体の結晶面をダイヤモンド表面にシールする工夫を行い、液体媒体を使いダイヤモンドアンビル法で加圧した。Cに属する(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2をベンチマークとして用いた。狭い結晶側面の赤外反射スペクトルまで測定できたので、反発力の圧力依存性が評価できる可能性を示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
Dに属する Q[Pt(dmit)2]2塩（Q=1価の陽イオン）の近赤外スペクトルを解析し、結合性軌道と反結合性軌道の準位が近いことによる擬ヤーンテラー効果を探索する。圧力下で超伝導になるQ[Pd(dmit)2]2塩でも、近接した軌道準位に起因する対称性の低下がありうるのか検討する。
Eに属する単一成分の伝導体Pd(dddt)2は、圧力中において二種類の軌道準位が近接することで、ディラック電子系になる可能性がある。昨年度に分子振動と近赤外スペクトルの理論計算を行ったので、今年度は試料合成とスペクトル測定を行い、二種類の軌道準位が本当に近いのか検証する。
AとBに属する物質のうち、金属的伝導を示す試料を対象に一軸圧縮を行う。2021年度では、結合力の強い方向に圧縮することで超伝導が促進されることを見出したが、この現象は一般性があるのか検証する。
2021年度において、圧力中の赤外反射スペクトルを、二次元伝導面以外でも測定できるようにした。しかし、無偏光のスペクトルであった。2022年度では伝導面垂直方向の偏光反射スペクトルを測定する。この測定が可能になると、反発力の大きさを電荷量の差として定量化できる。
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| Causes of Carryover |
2021年度も新型コロナウイルスにより、外部機関で実験する機会を失った。2022年度も、費用の一部を高圧実験とヘリウム購入費用に充当する予定である。
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Research Products
(6 results)
