2020 Fiscal Year Research-status Report
有機導体における電荷異常物性の研究―核四重極共鳴によるアプローチ
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20K14401
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
小林 拓矢 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50827186)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 有機伝導体 / 核四重極共鳴 / 電荷秩序 / 強相関電子系 / 反強磁性 / 超伝導 / 核磁気共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度はまず分子性導体分野において代表的な電荷秩序物質であるθ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4の87Rb-NMR測定を行った。最も困難であると思われていた信号の特定に成功し、詳しい温度依存性を調べることができた。スピン-格子緩和率やスピン-スピン緩和率測定において、単純な格子振動では説明できないダイナミクスや、従来は観測されていなかった遅いら揺らぎが観測された。これらの結果は電荷ガラス状態のメカニズムを考える上で新しい知見を与える重要な結果であり格子自由度の重要性が示唆される。現在論文にまとめている。
次にα-(BEDT-TTF)2I3の127I-NQR測定を行った。140Kの電荷秩序転移温度以上では2本の127I-NQRスペクトルが観測され、電荷秩序状態では3本のスペクトルが観測されることを明らかにした。これは電場勾配の変化に敏感なサイトが存在すると考えることで解釈できる。
以上までが当初の計画であったが、さらに有機反強磁性体であるλ-(BEDSe-TTF)2GaCl4の常圧及び1.5GPaの圧力までの69,71Ga-NMR測定に成功した。常圧では明瞭な反強磁性秩序がドナー分子から離れたGaサイトにおいても観測されることを明らかにし、また圧力下ではスピン-格子緩和率の振る舞いが典型的な反強磁性体とは全く異なるものであることを明らかにした。この発見は、λ型塩の統一相図を磁気的な観点から明らかにし、超伝導メカニズムや特異な電子状態の解明に大きく貢献するものである。
さらに新物質β'-(BEDSe-TTF)2CuCl2の開発に成功し、この物質が5.5GPaの超高圧で超伝導を示すことを発見した。その転移温度は10Kを超え、有機超伝導体の中では、κ型やβ'型に次ぐ高いものである。これは望外の研究成果であり、今後この物質においてもNMRやNQR測定により常圧の物性を解明していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画ではθ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4とα-(BEDT-TTF)2I3のNQR(NMR)測定が目標であったが、それ以外にもλ-(BEDSe-TTF)2GaCl4の69,71Ga-NMR測定及びβ'-(BEDSe-TTF)2CuCl2の新規物質の合成及び超伝導相を発見できたことは当初の計画以上の成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
θ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4の87Rb-NMR測定の結果を議論するため、徐冷しても電荷秩序を示さないθ-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4の133Cs-NMR測定を行う予定である。これにより、電荷秩序状態と電荷ガラス状態における格子自由度の性質を議論する。
α-(BEDT-TTF)2I3の127I-NQR測定を窒素温度以下でも行い、観測されるスピン格子緩和率の起源について解明する。また127I-NQR測定はパウダー試料で実験が可能であるため、圧力実験も比較的容易に可能である。そこで、ディラック電子状態が実現する圧力下においても127I-NQR測定を実施する。
λ-(BEDSe-TTF)2GaCl4の圧力下69,71Ga-NMR測定は現在1.5GPaまで測定を行っているが、コロナウイルスの影響もあり更なる圧力での実験が遅れている。状況を見ながら実験を進め、今年度中に論文にまとめたい。
開発に成功した圧力誘起超伝導体β'-(BEDSe-TTF)2CuCl2の常圧下の基底状態を調べるため、NMR実験を行う予定である。一方でこの物質の合成方法を完全には確立しておらず、これが喫緊の課題である。現在いくつかの合成方法を試みており、できるだけ早い段階で確立したい。
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| Causes of Carryover |
参加予定の国際会議がCOVID-19の影響で2021年度に延期になったため、次年度使用分となった。参加予定だった国際会議は、2021年度にオンラインとオンサイトでのハイブリッド開催の予定となっており、国内の感染状況を見ながら参加を検討する。
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[Journal Article] Spin structure at zero magnetic field and field-induced spin reorientation transitions in a layered organic canted antiferromagnet bordering a superconducting phase2020
Author(s)
Kohsuke Oinuma, Naoki Okano, Hitoshi Tsunakawa, Shinji Michimura, Takuya Kobayashi, Hiromi Taniguchi, Kazuhiko Satoh, Julia Angel, Isao Watanabe, Yasuyuki Ishii, Hiroyuki Okamoto, Tetsuaki Itou
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 035102
DOI
Peer Reviewed
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