2015 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 | 分子性ディラック電子系 / 量子ホール効果 / 接触帯電法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、質量ゼロの素粒子ニュ－トリノのように固体中で振る舞う電子(ディラック電子)を有する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。世界最初のバルクなゼロギャップ伝導体である。本研究では、この系へキャリア注入する方法を確立し、量子効果観測から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する。以下が本年度の成果である。
・田嶋（研究代表者）：既に100nm程の厚み試料を負に帯電したPEN基板に固定し、正孔注入に成功し、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。本年度は、低温ではクーロン相互作用による効果を検出することができた。バレー分裂の方がスピン分裂よりも非常に大きいのである。さらに正に帯電したポリカーボネート（PC）基板デバイスを作製することにより、電子注入に成功し、この系の特殊なランダウ準位構造に起因した量子磁気抵抗振動を観測することに成功した。
・西尾（分担者）：昨年度に続き、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を行い、バレー分裂効果を観測した。さらにディラック点近傍ではクーロン相互作用により線形分散から外れていることを示唆する結果を得た。
・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昨年度に続き作製した。さらに、電子を注入することを目的にPC基板デバイス作製を行った。
・森成（分担者）：有機導体α-(BEDT-TTF)2I3において、磁場下で実スピンまたはバレー自由度に関係したスカーミオンが生成される可能性がある。この系における新奇な量子伝導を探索する上で重要な問題である。平均場理論を用いた理論解析を行い、この系特有の傾いたディラックコーンというエネルギー分散を反映して、異方的なスカーミオンが形成されるという結果を得た。
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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、低温で量子効果観測からクーロン相互作用効果を検出することに成功した。さらに、電子注入に成功し、この系の電子‐正孔対称性を議論できるようになってきた。
・西尾（分担者）：高精度のゼーベック効果を行い、ディラック点近傍の（クーロン相互作用による）分散関係の詳細が明らかになりつつある。
・須田（分担者）：電子を注入することを目的にPC基板デバイス作製を行った。
・森成（分担者）：ディラック電子系におけるスカーミオン物理展開を理論的に行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
・田嶋（研究代表者）：PC基板デバイスを作製して電子ドープに成功した。しかし、明瞭な量子ホール効果はまだ観測できていない。そこで、基板表面を最適化したデバイスを作製し、明瞭か量子効果観測から、この系の電子‐正孔対称性を調べることを計画する。さらに本年度、この系は低温でバレー自由度の分裂効果が非常に大きいことが明らかになったが、森成（分担者）による理論を基にその相転移現象を調べることを計画する。
・西尾（分担者）：PEN基板デバイスに加えて、PC基板デバイスの高精度ゼーベック効果を行い、ディラック点近傍の（クーロン相互作用による）分散関係を明らかにする。
・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）：相対論的ディラック電子系におけるバレー自由度の分裂は、クーロン相互作用によって引き起こされる。しかしながら、このエネルギースケールはそれほど大きくないと予想されており、バレー自由度の分裂の効果は小さいと考えられていた。ところが、磁気抵抗の詳細な解析結果から、バレー自由度の対称性が自発的に破れている可能性が示唆されている。この点について、理論的解析を行い、バレー自由度に関連する相転移現象と量子伝導現象を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
田嶋（研究代表者）は、2015年9月6-11日の期間にドイツで開催された国際会議11th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets（ISCOM2015）に参加（招待講演）予定だったが、怪我療養のためこの会議に参加できなかった。結果として、旅費と参加費の約40万円の残額ができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
約40万円の残額はH28年8月22-26日の期間にフランス（Paris）で開催される8th International Conference on Molecular Electronics (ElecMol’16)の参加費と旅費に使用することを計画する。なお、この会議への参加は当初計画していなかったが、最近パリ国立第11大学のグループがこの研究課題に近い内容の研究を精力的に開始したので、緊急に我々の成果を公表する必要があると判断する。
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[Presentation] α-ET2I3の熱的性質2015
Author(s)
大嶋一樹, 田嶋尚也, 梶田晃示, 西尾豊, 内藤俊雄, 加藤礼三
Organizer
日本物理学会2015年秋季次大会
Place of Presentation
関西大学（大阪府吹田市）
Year and Date
2015-09-06
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