2022 Fiscal Year Research-status Report
λ型有機導体のMott境界近傍の電子状態と磁場誘起絶縁体金属転移の解明
| Project/Area Number |
22K03503
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
福岡 脩平 北海道大学, 理学研究院, 助教 (80746561)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | Mott転移 / 磁気抵抗 / 強磁場 / NMR / 磁場誘起Mott転移 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本計画はλ型有機導体で発現するMott境界近傍の新奇電子状態の探索、磁場誘起Mott転移の解明を目的としている。
初年度はMott境界近傍の温度圧力相図、温度磁場相図を確立することに注力した。λ-(BETS)2GaBrxCl4-x(0.65≦x≦0.8)の試料に対して電気抵抗測定を行い、0.65≦x≦0.7の間でMott境界が存在することを見出した。さらにこれらの試料に対して東大物性研究所、強磁場施設のパルス磁場を用いて55T付近までの磁気抵抗測定を行った。その結果、全ての試料において大きな負の磁気抵抗が観測された。さらに20Ｋ付近以下では、ある磁場強度からヒステリシスを伴う磁気抵抗の急激な減少を観測した。この結果は、磁場により基底状態が一次相転移を伴って絶縁体から金属に変化したことを示しており、磁場誘起Mott転移であると考えられる。また、Mott転移を誘起するのに必要な磁場はxが増加すると大きくなった。これは温度圧力相図上でのMott境界からの距離に対応している。x=0.65の試料では低温で磁場印加に伴い、基底状態が超伝導、絶縁体、金属と変化する連続転移の観測に成功した。これらの結果について熱力学的な考察を行い、絶縁相に比べて金属相の方が磁化率が大きいことが強磁場中で金属状態が安定化される起源であることを示した。
さらに同じBr含有量試料に対して超音波測定から音速の相対変化の温度依存性を調べたところ、Mott境界に近づくにつれて鋭い発散的な異常が観測されることを見出した。この結果は理論から予想される結果とよく一致しており、dimer-Mott絶縁体におけるクロスオーバー領域から臨界終点に向かう電子状態の変化をとらえていると解釈できる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度中に本研究計画の基盤となるMott境界近傍での詳細な温度圧力相図、温度磁場相図の検証を終えた。また、計画立案段階では予定していなかった超音波測定から、臨界終点、クロスオーバー領域の検証にも成功しており、予想以上の成果が得られた。磁場下での相転移挙動や磁場中で安定化される電子相については、熱力学的な議論から各相の磁化の大きさで説明できることを確認した。これらの結果については国際会議1件、国内会議3件で発表を行い、論文2報が投稿準備段階にある。磁場誘起Mott転移の解明にはMott境界に隣接する絶縁相の磁性を理解することが重要であると考え、Mott境界に隣接する絶縁相の磁性についてＮＭＲ測定から調査した。その結果、基底状態が従来物質で報告されているような反強磁性相ではないことを示唆する結果が得られた。この結果についても現在、論文投稿準備段階にある。初年度中に計画していた実験を遂行できたこと、計画立案時に想定していなかった臨界終点、クロスオーバー領域の検証にも成功したことから、当初の計画以上に進展していると評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究からMott境界に隣接する絶縁相は、κ型塩で見られるような反強磁性相ではないことを示唆する結果が得られている。この未解明な絶縁相の磁気状態を解明するために温度圧力相図上で絶縁相側に位置するλ-(BEDT-STF)2GaCl4に対して圧力下ＮＭＲ測定を行う。
初年度の研究により、温度圧力相図上でのMott境界の正確な位置が特定できた。この知見をもとに常圧下でMott境界ごく近傍に位置する試料を作製し、その試料に対して、ＮＭＲ測定を行い、圧力、磁場で誘起されるMott転移の微視的観点からの解明を試みる。
Br含有量を調整すればMott転移を定常磁場条件で誘起することが可能であると考えられる。そこで、比熱測定から電子比熱係数や格子比熱係数の精査することで、磁場誘起Mott転移に伴う電子系由来のエントロピー変化の追跡を試みる。
|
| Causes of Carryover |
当初の予定では初年度からNMR測定に取り掛かる予定であった。しかし、磁気抵抗測定による磁場誘起Mott転移の研究、超音波測定によるクロスオーバー領域、臨界終点近傍の研究で成果が得られたため、初年度はこれらの研究に注力した。その結果として、NMR測定装置の整備、寒剤代等に使用予定であった予算を繰り越すこととなった。この繰越金は次年度のNMR測定の際に使用する予定である。
|
