2014 Fiscal Year Annual Research Report
電子とプロトンが相関した単一分子種有機伝導体の物性制御
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24340074
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
森 初果 東京大学, 物性研究所, 教授 (00334342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 顕 東京大学, 物性研究所, 助教 (20589585)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 分子性物質 / 水素結合 / 単成分伝導体 / 伝導性 / 誘電性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来、有機物質の物性研究においては、電子物性とプロトン物性研究を、各々独立に進めてきた。そこで、本課題では、電子物性とプロトン物性が相関する有機機能性物質の開発と機能物性の開拓を目指している。
（１）単ユニット純有機金属、超伝導体の開発と物性研究
有機物は元来、閉殻で自由電子を持たない半導体である。しかし、２分子からプロトンを脱離し、ホールを注入した中性の開殻水素結合ユニットを作ると、単ユニットの純有機導体となることを提案者グループが明らかにしてきた。本課題では、常圧で金属状態、常圧あるいは加圧下で超伝導状態となる、純有機単ユニット導体を開発し、プロトン由来のダイナミックな分極性が伝導性に与える影響を調べる。
（２）単ユニット純有機伝導体の同位体効果及び圧力効果
電子とプロトンの相関は、プロトンをデューテロンへ置換したり、加圧した時の電子物性変化で調べることが可能である。本課題では、これらの同位体および圧力効果を調べ、プロトンー電子系の相関による新物性を探索し、その機構を解明することを目標としている。
２６年度は、（２）に関して、電子ープロトン相関系κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 [水素体]およびκ-D3(Cat-EDT-TTF)2 [重水素体]の圧力効果について調べた。その結果、常圧で水素体は約180Kで重水素移動とともに水素結合ユニット内で電荷移動による非対称化が起こり、伝導性として半導体ー絶縁体転移、磁性として常磁性ー非磁性転移が誘起された。また、静水圧を印加するとその相転移点は上昇することが明らかとなった。そして、水素体は常圧で、量子スピン液体状態であるが、圧力印化とともに相転移点は上昇し、圧力下の放射光回折実験でも構造的な相転移が起こっていることが示された。このように、H,D体の両錯体とも、圧力により水素結合様式変化に起因した絶縁体相が誘起されたと考えられる。
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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
プロトンー電子相関系純有機単ユニット伝導体において、圧力下の振る舞いを調べたところ、水素、重水素体共、水素結合変化由来の半導体ー絶縁体相転移が発見された。
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| Strategy for Future Research Activity |
水素を重水素へなど水素結合様式の変化が、どのようにパイ電子系に反映されたかということは調べたので、次にパイ電子系を化学修飾で変化させたとき、どのように電子ープロトン相関に影響を与えたかを調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
静圧力の実験を進めるための、圧力セルなどが、手持ちので間に合うこと出来たため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度でもあり、常圧における金属状態、および常圧あるいは静水圧下の超伝導状態を実現するために、多様な物質開発とその構造、物性評価を行う予定で、高価な試薬、2GPaまで印加でいる圧力セルなどを購入する予定である。
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[Journal Article] Hydrogen-Bond-Dynamics-Based Switching of Conductivity and Magnetism: A Phase Transition Caused by Deuterium and Electron Transfer in a Hydrogen-Bonded Purely Organic Conductor Crystal2014
Author(s)
A. Ueda, S. Yamada, T. Isono, H. Kamo, A. Nakao, R. Kumai, H. Nakao, Y. Murakami, K. Yamamoto, Y. Nishio, and H. Mori
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc
Volume: 136(34)
Pages: 12184-12192
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] A Unique Charge-order Phase Transition Induced by Hydrogen-bonded Deuteron Transfer in Purely Organic Conductors based on Catechol-fused TTF and STF Systems2014
Author(s)
A. Ueda, S. Yamada, A. Hatakeyama, T. Isono, A. Nakao, R. Kumai, H. Nakao, Y. Murakami, M. Enomoto, Y. Nishio, N. Tajima, K. Kajita, and H. Mori
Organizer
International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM) 2014
Place of Presentation
Turku (Finland)
Year and Date
2014-06-30 – 2014-07-06
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