分子性物質における次元クロスオーバー領域の交差相関物性

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25400367
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 前里 光彦 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60324604)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 分子性導体 / 磁性 / 伝導性 / 強相関電子系

Outline of Annual Research Achievements

異なる電子相が拮抗する次元クロスオーバー領域は、物性の宝庫である。交差相関物性の発現を目指し、πd複合系分子性導体の合成と物性研究を行った。
TTF分子にピリジン連結させたTTF-py分子を用いて、ドナー・アクセプター型π-d複合体の合成を行った。錯体作成に相当量のTTF-py分子が必要になることが分かってきたため、TTF-py分子自身の合成も行った。それを用いてCu(hfac)2(TTF-py)2の合成とTCNQ誘導体を用いた電荷移動錯体を合成した。また、電解酸化法によって、陰イオンを混合した混晶 (DIETSe)2FeBr4xCl4(1-x)の単結晶試料を作製した。
(DIETSe)2FeBr2Cl2の試料において、極低温下で磁性と伝導性に大きなヒステリシスが現れることを発見した。3He冷凍機を用いた0.5 KまでのSQUIDによる静帯磁率の測定を行った。磁場掃引を行うと、スピンフロップ転移に伴って磁化に大きなヒステリシスが現れることや、温度掃引によって、準安定な磁場誘起状態が約1 K以下で現れることが分かった。また、それに伴い、伝導度にも大きなヒステリシスが観測された。このように、磁性と伝導性の両方においてヒステリシスが現れるのは、本物質が初めての例であり、ランダムな磁気的相互作用や共存するスピン密度波の影響などが考えられる（論文投稿中）。
さらに、(DIETSe)2FeBr3Clの試料において、35Tまでの磁気抵抗測定を行い、磁場誘起SDW転移を見出した。本物質は、ｄ電子の反強磁性相とπ電子の磁場誘起SDW相が拮抗する興味深い物質であることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

DIETSe塩は磁性陰イオンのハロゲンを置換することにより、磁性と伝導性に大きなヒステリシスが現れることを見出した。さらに、ハロゲンの混合比を変えて、系統的に物性を変えることが出来てきている。特に、母物質とは異なる新しい物性が見出されている。

Strategy for Future Research Activity

ドナー・アクセプター型π-d複合体は、電解法や拡散法などにより、単結晶の合成を目指す。一連のDIETSe混晶系について、極低温・強磁場・高圧という複合環境での物性測定をさらに推進し、π電子系の次元性やπｄ相互作用を系統的に変化させた時の物性を詳細に調べ、統一的な知見を得る。
さらに、超高圧実験や一軸ひずみの実験も行い、新規電子相の探索も行う。

Research Products

• [Journal Article] Quantum spin liquid: design of a quantum spin liquid next to a superconducting state based on a dimer-type ET Mott insulator (2015)
  • Author(s): T. Hiramatsu, Y. Yoshida, G. Saito, A. Otsuka, H. Yamochi, M. Maesato, Y. Shimizu, H. Ito, H. Kishida
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C Volume: ３ Pages: 1378-1388
  • DOI: 10.1039/C4TC01701C
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metallic and Mott Insulating Spin-frustrated Antiferromagnetic States in Ionic Fullerene Complexes with Two-dimensional Hexagonal C60・- Packing Motif (2014)
  • Author(s): D.V. Konarev, S.S. Khasanov, A. Otsuka, M. Maesato, M. Uruichi, K. Yakushi, A.F. Shevchun, H. Yamochi, G. Saito, R.N. Lyubovskaya
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 20 Pages: 7268-7277
  • DOI: 10.1002/chem.201304763
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isotropic Three-Dimensional Molecular Conductor Based on Coronene Radical Cation (2014)
  • Author(s): Y. Yoshida, M. Maesato, Y. Kumagai, M. Mizuno, K. Isomura, H. Kishida, M. Izumi, Y. Kubozono, A. Otsuka, H. Yamochi, G. Saito, K. Kirakci, S. Cordier, C. Perrin
  • Journal Title: Eur. J. Inorg. Chem. Volume: 2014 Pages: 3871-3878
  • DOI: 10.1002/ejic.201400119
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 三角格子スピン液体κ-(ET)2Ag2(CN)3の低温物性 (2015)
  • Author(s): 前里光彦，吉田幸大，平松孝章，齋藤軍治，道岡千城，北川宏
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] π-d系混晶(DIETSe)2MBr3Cl [M = Fe, Ga]の磁性と伝導性 (2015)
  • Author(s): 川口玄太，前里光彦，小松徳太郎，北川宏，今久保達郎，D. Graf，A. Kiswandhi，J. S. Brooks
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] π-d系混晶(DIETSe)2FeBr3Clの磁性と伝導性 (2015)
  • Author(s): 川口玄太，前里光彦，小松徳太郎，北川宏，今久保達郎，D. Graf，A. Kiswandhi，J. S. Brooks
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 理工学部船橋キャンパス/薬学部
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 有機固体の次元クロスオーバー領域における特異な磁性と伝導性 (2014)
  • Author(s): 前里光彦
  • Organizer: 短期研究会「有機固体化学の最前線」
  • Place of Presentation: 愛媛大学 理学部総合研究棟
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] ヨウ素結合型πd混晶系(DIETSe)2MBr4xCl4(1-x) [M = Fe, Ga]の特異な物性 (2014)
  • Author(s): 川口玄太，前里光彦，北川宏，今久保達郎，D. Graf，A. Kiswandhi，J. S. Brooks
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] フラストレートスピン三角格子系のモット転移と超伝導 (2014)
  • Author(s): 前里光彦，吉田幸大，平松孝章，齋藤軍治，北川宏
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 春日井キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] π-d系(DIETSe)2MBr2Cl2 [M = Fe, Ga]の特異な磁性と伝導性 (2014)
  • Author(s): 川口玄太，前里光彦，北川宏，今久保達郎
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 春日井キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Spin Liquid and Superconductivity in Molecular Conductors (2014)
  • Author(s): M. Maesato
  • Organizer: Gordon Research Conference, “Conductivity & Magnetism in Molecular Materials”
  • Place of Presentation: Bates College, Lewiston, ME, USA
  • Year and Date: 2014-08-04 – 2014-08-07
• [Presentation] Spin-Charge Coupling in the π-d Molecular Conductors (DIETSe)2MBr4xCl4(1-x) [M = Fe, Ga] (2014)
  • Author(s): G. Kawaguchi, M. Maesato, H. Kitagawa, T. Imakubo, D. Graf，A. Kiswandhi，J. S. Brooks
  • Organizer: Gordon Research Conference, “Conductivity & Magnetism in Molecular Materials”
  • Place of Presentation: Bates College, Lewiston, ME, USA
  • Year and Date: 2014-08-04 – 2014-08-07
• [Presentation] Superconductivity Emerging from Spin Liquid (2014)
  • Author(s): M. Maesato, T. Hiramatsu, Y. Yoshida, Y. Shimizu, A. Otsuka, G. Saito, H. Kitagawa
  • Organizer: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM) 2014
  • Place of Presentation: Turku, Finland
  • Year and Date: 2014-06-30 – 2014-07-05
• [Presentation] High magnetic field studies of π-d molecular conductors (DIETSe)2MBr4xCl4(1-x) [M = Fe, Ga] (2014)
  • Author(s): G. Kawaguchi, M. Maesato, H. Kitagawa, T. Imakubo, D. Graf，A. Kiswandhi，J. S. Brooks
  • Organizer: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM) 2014
  • Place of Presentation: Turku, Finland
  • Year and Date: 2014-06-30 – 2014-07-05
• [Presentation] Quantum spin liquid and pressure-induced superconductivity in molecular conductors (2014)
  • Author(s): M. Maesato
  • Organizer: OIST International Workshop on Novel Quantum Materials and Phases (NQMP2014)
  • Place of Presentation: OIST, Okinawa, Japan
  • Year and Date: 2014-05-14 – 2014-05-17