2023 Fiscal Year Annual Research 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 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子性導体 / 分子軌道自由度 / 分子分光 / 金属ジチオレン錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ジチオレン錯体の分子から成る結晶性物質は、超伝導・単一成分金属・スピン液体・ディラック電子系の観点から注目されている。金属ジチオレン錯体の分子は、HOMOとLUMOの準位が近いという特徴をもつため、固体中の電子状態の新たな知見を得るための化合物として期待されている。新たな知見を得るためには、結晶中で隣接した分子同士の相互作用をより直接的に評価するノウハウを獲得する必要がある。本研究では、モデル化合物Q[M(dmit)2]2塩（Qは+1価の陽イオン、Mは金属原子）を用い、HOMOとLUMOの準位が近いときの軌道・電子・格子にまつわる分子間相互作用を、近赤外分光と振動分光により評価できるようにした。具体的成果を以下に示す。
中心金属のサイズが大きいM=Ptの場合、同一結晶内で二量化した錯体分子のうち、半数においてHOMOとLUMOの準位が逆転し、残り半数では逆転しないことを発見した。この現象は、Q+の大きさが異なる三種類の塩においても観測された。準位の逆転した二量体と、逆転しない二量体は、二次元的に交互に並ぶ。前者では強い電子－格子相互作用を示し、後者では、クーロン斥力を最小限にするように、二つのイオン的分子が遠ざかる。この現象により、擬縮退が回避される。
一方、二量体のサイズがM=Ptよりも小さいM=Pdの塩では、準位が逆転した状態で結晶を形成するため、反結合性軌道に孤立電子が生じるので、非磁性転移や磁性転移が起こることを突き止めた。Q+のサイズが最大であるEt2Me2Sb[Pd(dmit)2]2では、逆転した状態と逆転が解消された状態との競合を示唆する揺らぎを、相転移温度近傍の非常に狭い温度範囲で観測した。
本研究により、金属ジチオレン錯体から成る固体におけるフロンティア軌道に関する実験的研究手段を獲得したので、今後はディラック電子系などに適用したい。
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