2015 Fiscal Year Annual Research Report
分子性物質の可制御性を用いた領域横断型研究と境界領域の物性開拓
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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 国立研究開発法人理化学研究所, 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：中性イオン性転移物質TTF-QBr2I2の圧力誘起量子臨界点近傍において、強誘電ドメイン壁があたかも水素原子と同程度の有効質量を持つように振る舞うことが示された。今回の発見は、量子揺らぎが強誘電体ドメイン壁の運動に与える特異な一面を捉えたものであり、境界領域における新奇物性開拓に資する結果と言える。
2)電荷ガラス：これまでに行ってきた分子性物質における電荷ガラス状態の生成と、急冷技術を用いた強相関相変化メモリ機能の創出に向けた研究を、無機物質であるMnSiに拡大した。その結果、磁気スキルミオン相とスピンコニカル相といった磁気状態を電気パルスを用いて可逆的に制御することに成功した。分子性固体の研究から創出された物理的概念が分野・物質系を超えて波及しつつある。
3)強相関ディラック電子：有機物質におけるディラック電子が、２次元伝導面に平行な磁場の下で、フェリ磁性分極を示すという新たな現象を発見し、ハバードモデルによる解析の結果、この現象が短距離クーロン力によるものであることを明らかにした。また、金属物質が加圧によってディラック電子相に転移することが明らかになった。
4)スピン液体：有機モット絶縁体における古典的な磁気秩序状態が、X線照射による乱れの導入で量子スピン液体に変わるという驚くべき現象を発見した。また、三角格子有機Mott絶縁体が圧力下で示す超伝導をNMRで調べた結果、トリプレット超伝導の可能性を示唆するナイトシフトの温度変化を得た。これらは、トポロジカル物理学、磁性、超伝導にまたがる分野にインパクトを与える成果である。
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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
「研究実績の概要」に記したそれぞれの項目において、計画を上回るペースで研究が進展した。下記、項目毎に記す。
1)強誘電性と電気伝導；中性/イオン性ドメイン壁とスピンソリトンがそれぞれ電気伝導、磁性を担う素励起であることを示した成果は、新規な電気伝導機構を提示しただけではなく、局所誘電分極を伴う新規な磁気励起までも見出したことになり、当初の目的を超える成果と言える。これら２種類の励起の実証と、電子分極強誘電秩序に付随する量子揺らぎについて得られた新たな知見により、強誘電分極の包括的な理解に向けた基盤が整った。
2)電荷ガラス；２年目以降の目標として「theta-(BEDT-TTF)塩における電荷ガラス相の制御と巨大応答の創出」を掲げていたが、1000 K/sの超急冷により新たな電荷ガラスの創出に成功、また、電荷ガラス状態と電荷秩序状態を、レーザーまたは電気パルスを用いて可逆的に切り替えることにも成功したことから、目標は３年目にして達成できたと考えている。
3)強相関ディラック電子；これまでに、サイト選択核磁気共鳴実験と電気伝導度測定により、質量ゼロのディラック電子系における長距離および短距離クーロン相互作用の効果（コーン型分散の繰り込みとフェリ磁性の発現）を明らかにした。したがって、”強相関ディラック電子系の物性開拓”を目指した本研究において、その根幹となるべき成果を３年目で得たことになる。
4)スピン液体；フラストレーションが強い三角格子系においてはトリプレット超伝導の可能性が現実のものとなるなど、当初の目的に適った実験結果が見出されている。昨年度までの量子スピン液体新物質発見、乱れの存在下でのMott転移の特性解明などとあわせ、磁性・超伝導・Mott転移という分野にまたがる研究成果が現在まで順調に得られている。
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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；TTF-QCl4について電気伝導度の雑音測定と核磁気共鳴の周波数依存性を調べることで、局所分極を伴う新しい素励起（中性/イオン性ドメイン壁とスピンソリトン）の動的性質を明らかにし、これらの素励起に基づいた電荷移動型強誘電現象の学理を構築する。また、近年研究が盛んなペロブスカイト太陽電池において、その高効率の太陽電池特性の起源として、強誘電性に由来するいわゆるシフトカレント機構が議論されている。電子強誘電体TTF-QCl4の太陽電池特性を調べることで、その原理検証を行う。
2)電荷ガラス；ごく最近我々はナノ秒パルスレーザーを用いることで、電荷ガラス創出の冷却速度を１０＾３から１０＾７ K/sへと４桁近く向上させることに成功した。この超急冷技術を基軸に、電荷ガラス状態をより多くの物質系において見出し、より高速・より巨大な応答の創出を新たな目標に掲げ、これを目指す。
3)強相関ディラック電子；ディラック電子の質量生成機構の解明を新しい目標に設定し、その微視的機構としてヴァレー対称性の破れとエキシトニック不安定性に注目し、電荷輸送とスピン状態を調べ、励起ギャップ生成の機構を明らかにする。さらに、ディラック相に隣接する電荷秩序相における副格子電荷ガラスの生成と、ディラック相、電荷秩序相のドメイン壁におけるトポロジカル伝導チャネル生成の可能性を探る。
4)スピン液体；三角格子超伝導体EtMe3P[Pd(dmit)2]2に対し、極低パワーでNMR実験を行い、本年度の研究で示唆されたトリプレット超伝導の可能性を検証し、その内部自由度に由来した多重超伝導相図の解明へと進む。また、新たに見いだされた電子Griffiths相に関して、モット転移系に乱れを系統的に導入する研究を新たに開始する。
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[Presentation] Crystallization and vitrification in charge degrees of freedom in geometrically frustrated organic conductors2015
Author(s)
T. Sato, F. Kagawa, K. Kobayashi, A. Ueda, H. Mori, R. Kumai, Y. Murakami, K. Miyagawa, K. Kanoda
Organizer
11th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2015)
Place of Presentation
Bad Gogging, Germany
Year and Date
2015-09-07 – 2015-09-11
Int'l Joint Research
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