2014 Fiscal Year Annual Research Report
相対論的電子を有する有機導体へのキャリア注入と量子伝導現象
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25287089
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
田嶋 尚也 東邦大学, 理学部, 准教授 (40316930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西尾 豊 東邦大学, 理学部, 教授 (20172629)
森成 隆夫 京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 准教授 (70314284)
須田 理行 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (80585159)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ディラック電子 / 量子ホール効果 / キャリアドープ / 有機導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
質量ゼロのディラック電子を有するバルクなゼロギャップ伝導体を有機導体α-(BEDT-TTF)2I3の高圧力下で発見した。本研究では、バルク結晶におけるディラック電子の特徴的な性質を見出すことを目的に、この系へ正孔注入し、量子ホール効果観測を実現した。以下が本年度の成果である。
・田嶋（研究代表者）：既に100nm程の厚み試料をわずかに負に帯電したPEN基板に固定し、正孔注入（接触帯電法）に成功している。この手法を実践し、低温で正孔側の明瞭な量子磁気抵抗振動と量子ホール効果を観察することに成功した。さらに、得られた結果をデバイス作製担当の須田（分担者）へフィードバックしてデバイスを最適化することにより、N=-2, -1のランダウ準位のスピン分裂、バレー分裂を観測することに成功した。本研究ではその層間相互作用がN=-2, -1ランダウ準位に特異なスピン分裂を生じることを森成（分担者）の理論を基に明らかにした。
・西尾（分担者）：昨年度構築した極低温領域における高精度のゼーベック効果とネルンスト効果測定システムを使い、この系の量子ネルンスト効果、N=-2, -1ランダウ準位のスピン分裂とバレー分裂を観測することに成功した。
・須田（分担者）：PEN基板の表面電荷の不均化を極力小さくしたデバイスを作製した。正孔ドープ量を変えた研究を遂行することを目的にPET基板デバイス、テフロン基板デバイス作製を行った。
・森成（分担者）：層状のディラック電子系において、面間磁気抵抗にスピン反転効果が存在することが実験的に示唆されていた。この問題について、層間のクーロン相互作用に着目した解析を行った。少数キャリア系であることから、遮蔽効果がほとんど存在しないため、スピン反転を生じさせる平均場が現れる。この効果を取り入れて、久保公式を用いて磁場下での面間伝導率を計算し、実験結果と良く一致する結果を得た。
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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
・田嶋（研究代表者）：良質なPEN基板デバイスで試料に正孔を注入し、当初計画したディラック電子系特有の量子ホール効果を検出することに成功した。さらには、N=-2, -1のランダウ準位のスピン分裂、バレー分裂を観測することに成功した。
・西尾（分担者）：明瞭な量子ネルンスト効果、N=-2, -1のランダウ準位のスピン分裂、バレー分裂を観測した。
・須田（分担者）：表面電荷の不均化を極力小さくしたPEN基板デバイスを作製した。その結果、明瞭な量子ホール効果、量子ネルンスト効果を検出することに成功した。
・森成（分担者）：層間のクーロン相互作用に着目して久保公式を用いた磁場下での面間の伝導率計算は、実験結果と良く一致する結果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
・田嶋（研究代表者）：これまでPEN基板デバイスを作製して、分子性ディラック電子系に正孔を注入することに成功し、明瞭な量子ホール効果を観測してきた。今度は正孔ドープ量を変えること、電子ドープを実現することを目的に、PET基板、テフロン基板、ポリカーボネート（PC）基板デバイスを作製して量子ホール効果を観測することを計画する。
・西尾（分担者）：正孔ドープ量を変えた基板（PET、テフロン）デバイス、電子ドープが期待できるPC基板デバイスのゼーベック効果、ネルンスト効果を測定し、ランダウ準位構造を構築することを計画する。
・須田（分担者）：測定結果をフィードバックしてそれぞれの基板の最適化を行う。
・森成（分担者）：分子性ディラック電子系を舞台にして、電場による磁化応答、磁場による電気的応答を示す、新たなマルチフェロイクス現象の理論構築を行う。
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| Causes of Carryover |
分子性ディラック電子系は1.5 Gpa以上の高圧力下で実現する。最近、村田（大阪市立大）らが従来のよりも高圧力まで静水圧力性を保つ圧力媒体を開発した。分子性ディラック電子系が何故安定性に存在するのかは重要な問題であるが、この圧力媒体を使った高圧力下量子輸送現象からこの問題に取組むことを今後計画している。そこで、H26年度は4 Gpaほどの高圧力を安全にかけることが出来る新しい圧力セルの設計を行ったが、作製までは至らなかった。結果として、\126,870の残額ができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H27年度の研究費使用としては、田嶋(研究代表者)は消耗品として圧力セル作製、真空部品、偏光顕微鏡のオプション、旅費として国内外研究発表旅費とこの研究グループ内での打合せ旅費を計画する。なお、H26年度に生じた\126,870の残額は新しい圧力セル作製に使う。西尾(研究分担者)は主に圧力セル作製と国内研究発表旅費、研究打合せ旅費を計画する。須田(研究分担者)は消耗品としてデバイス作製に必要な基板材料と有機溶媒、旅費としては研究打合せ旅費を計画する。森成(研究分担者)は消耗品としてデーター整理・グラフ作成ソフト、旅費として国内研究発表旅費と研究打合せ旅費を計画する。
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