2013 Fiscal Year Annual Research Report
Interdisciplinary exploration of novel properties taking advantage of the controllability in molecular materials
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25220709
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鹿野田 一司 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20194946)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
賀川 史敬 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, その他 (30598983)
伊藤 哲明 東京理科大学, 理学部, 准教授 (50402748)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子性物質 / 可制御性 / 誘電性 / 電荷ガラス / ディラック電子 / スピン液体 / モット転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1)強誘電性と電気伝導；擬１次元電荷移動型強誘電体TTF-QCl4が加圧（静水圧）によって中性バンド絶縁相からがイオン性モット絶縁相に移行する過程で、中性/イオン性ドメイン壁が電荷担体となることを詳細な電気伝導測定により明らかにするとともに、異方的な加圧により、常圧における電気伝導度の１次元的な異方性を逆転させるほどの電子系の次元制御に成功した。
2)電荷ガラス：幾何学的にフラストレートした格子を持つ強相関電子系theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4に対して電気抵抗ノイズ測定及びX線散漫散乱実験を行ない、低温で電荷配列自由度がガラス的に凍結すること、さらに電荷ダイナミクスの凍結過程は電荷クラスタの成長と密接に関連していることを明らかにした。これは、構造ガラス分野において長年議論されているダイナミクスと微視的構造との関連について、強相関電子系の切り口から知見を得たものといえる。
3)強相関ディラック電子：alpha-(BEDT-TTF)2I3が加圧下で示す質量ゼロのディラック電子相における強相関効果を13C NMR実験により調べた。異なる分子サイトの局所磁化率を分離して検出するサイト選択NMR測定により、ディラックコーンが電荷中性ディラック点に向かって先鋭化していることを明らかにした。これは、フェルミ速度が長距離クーロン相互作用により繰り込みを受けてディラック点近傍で対数発散するとの理論的な予言を実証したものである。
4)スピン液体：スピン液体基底状態を示す三角格子モット絶縁体EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2を加圧して金属化したときに、遅い電子揺らぎを伴う特異な電子状態が実現することを発見した。これは通常のMott転移の枠組みを超えた新奇電子状態--電子Griffiths相--が実現している可能性を示すものである。
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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
スプリットペアマグネットが、予定から１年４ヶ月遅れて納入されることとなったが、同機器を使用しない実験を前倒しで遂行することにより、本年度事業は、「研究実績の概要」に記した４つの項目のすべてにおいて、計画を上回るペースで研究が進展した。以下、項目毎に記す。尚、スプリットマグネットは現在フルに稼動している。
1)強誘電性と電気伝導：本年度、電荷移動型強誘電体に特有な中性/イオン性ドメイン壁が電気伝導を担うことを実証し、電気伝導度の劇的な次元性制御に成功したが、これらは、誘電性に起因する新たな伝導機構の開拓という本研究項目の核心に迫る成果である。
2)電荷ガラス：第２例目の電荷ガラス物質について、電荷揺らぎと空間構造の相関を詳細に明らかにすることで、電荷ガラスの存在を確固たるものとするとともに、ガラスの基本的な性質であるエージングの観測にも成功し、予想を上回る成果を得た。
3)強相関ディラック電子；長距離クーロン力がディラックコーンを大きく変形させることを初めて微視的な実験で示したが、これは、ディラック電子における強相関効果の最も顕著なものとして位置づけられよう。また、理論家との緊密な議論が共同研究へと発展し、傾斜ディラックコーンが、フェリ磁性的にスピン分極するという全く予想だにしない発見がもたらされた。
4)スピン液体；スピン液体が遍歴電子系へと転移する境界で示す電子系の遅い揺らぎの発見は、これまでスピン系で議論されて来たグリフィス相の電子版が実現している可能性を意味するもので、当初の予想を超えて、モット転移の研究に新たな次元を付け加えることとなった。また、本年Sherbrooke大学との共同研究として行った超音波実験は、スピン液体研究に格子自由度のダイナミクスという新しい視座を導入することとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を踏まえ、各項目について以下の方針で研究を推進する。
1)強誘電性と電気伝導；本年度までの研究で、電荷移動強誘電転移系TTF-QCl4において”中性/イオン性ドメイン壁の励起”が新規な電気伝導機構を与え、”スピンソリトン励起”が非従来型の磁性を担うことを明らかにした。今後、同物質について、広い圧力範囲で電気抵抗の雑音測定と核磁気共鳴/核四重極共鳴実験を行い、分極揺らぎを伴う新規な電気的/磁気的励起の動力学を明らかにする。
2)電荷ガラス；これまでに、本研究項目で目指したtheta-(BEDT-TTF)2X塩における電荷ガラス相の制御と巨大応答の創出を達成することができた。今後、ナノ秒パルスレーザーを用いた超急冷技術を利用して、電荷ガラス状態をより多くの物質系において探索し、より高速・より巨大な応答の創出を目指す。また、ガラス状態における絶縁体から金属へのクロスオーバー、さらには超伝導発現の可能性を探る。
3)強相関ディラック電子；本年度、alpha-(BEDT-TTF)2I3における質量ゼロのディラック電子に対するクーロン相互作用の効果を解明した。特に、短距離クーロン相互作用が電荷秩序転移に向かって伝導性と磁性に大きく影響し、質量生成機構を与えることが明らかになった。次年度、その微視的機構を、ヴァレー対称性の破れとエキシトニック不安定性という観点で探るべく、様々な磁場配置の下で電荷輸送とスピン状態を調べる。
4)スピン液体；三角格子量子磁性体EtMe3P[Pd(dmit)2]2の圧力下超伝導において、トリプレットクーパー対が実現している可能性が見出されたことを受けて、この点を確定させることに注力するとともに、トポロジカル構造を含む内部自由度の解明を目指す。また、ホールがドープされた三角格子量子磁性体kappa-(BEDT-TTF)4Hg2.89Br8における超伝導発現機構を探る。
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[Presentation] Mott transition of spin liquid2014
Author(s)
Kazushi Kanoda
Organizer
2014 Aspen Winter Conference, “Beyond Quasiparticles: New Paradigms for Quantum Fluids”
Place of Presentation
Aspen Center for Physics, U.S.A.
Year and Date
2014-01-12 – 2014-01-18
Invited
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