Exploration of Electronic Properties under Multiple Extreme Conditions in Condensed Conjugation Molecular Materials
| Project Area | Condensed Conjugation Molecular Physics and Chemistry: Revisiting "Electronic Conjugation" Leading to Innovative Physical Properties of Molecular Materials |
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| Project/Area Number |
20H05869
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
橋本 顕一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00634982)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
庄子 良晃 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40525573)
水上 雄太 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80734095)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥50,830,000 (Direct Cost: ¥39,100,000、Indirect Cost: ¥11,730,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2021: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
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| Keywords | 高密度共役 / 超伝導 / 配位高分子 / スピン液体 / 幾何学的フラストレーション / 電荷ガラス / 非線形伝導 / 金属有機構造体 / MOF / 磁場侵入長 / カゴメ格子 / 非線形・非平衡現象 / 強相関電子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では、A01・A02班で精緻に設計・合成された高密度共役分子ユニットを用いて、物質中にフラストレート構造を造り込み、環境（極低温・超高圧・強磁場）における物性測定をベースとしつつ、非平衡環境を積極的に取り込むことで、電子・分子自由度が生み出す階層構造に起源をもつ非線形伝導・自発的発振現象・金属-絶縁体転移などの巨大非線形・非平衡現象を探索する。その結果得られた物質設計・探索指針をもとに、『高密度共役の科学』を舞台とした電子の高密度化がもたらす非自明かつ巨大な未踏電子機能を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「空隙をデザインし、空間を電子で埋める」という概念に基づき、分子構造・配列と電子密度を制御することで、電子の局在性と遍歴性を自在制御し、未踏電子機能を提唱・実現することである。そのために当該年度は、幾何学的フラストレーションを内包した高密度共役物質として、非線形伝導を示す電荷ガラス物質である２次元三角格子BEDT-TTF分子錯体に着目した研究を行い、電荷ガラス形成に構造ガラス形成も重要な役割を担っていることを明らかにした。本結果は、電荷ガラス形成物質が示す非線形伝導の起源を解明するうえで、重要な知見を与えるものと考えられる。
また、当該年度は、高密度分子集合体の創製に向けたビルディングブロックとして、π共役系の炭素-炭素結合を等電子的かつ分極したホウ素-窒素結合で置き換えたBN置換π共役分子を合成し、室温・溶液状態での特異な長寿命発光特性を見いだすとともに、有機EL素子のコンポーネントとして有用であることを明らかにした。また、水にも安定なテトラアリールジボラン誘導体を合成し、この化合物が青-オレンジの二重蛍光を示すこと、および溶液中の粘度や固体状態での運動性を反映して二重蛍光の相対強度が変化することを見いだした。さらに、含ホウ素π共役マクロサイクルを合成し、分子構造と反応性の検討を通じて、ファンデルワールス力を超える強いボラン-オレフィン相互作用が働くことを実験的に初めて実証した。これらの成果は、典型元素の性質を活かした高密度分子集合体を創製するための重要な土台と位置付けられる。
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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
電荷ガラス形成機構の理解や典型元素の性質を活かした高密度分子集合体を創製するための重要な土台を構築するに至っているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、幾何学的フラストレーションを内包した高密度共役物質として，２次元の金属有機構造体(MOF)や共有結合性有機構造体(COF)の新構造および物性開拓に取り組む。特に、空隙が電子で埋められた高密度MOFおよびCOFを対象に、外場摂動も相乗的に利用することで、遍歴性を持った電子と局在性を持った電子の自在制御を試みる。
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Report
(2 results)
Research Products
(50 results)
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[Journal Article] Thermodynamic Evidence for a Field-Angle Dependent Majorana Gap in a Kitaev Spin Liquid2022
Author(s)
O. Tanaka, Y. Mizukami, R. Harasawa, K. Hashimoto, K. Hwang, N. Kurita, H. Tanaka, S. Fujimoto, Y. Matsuda, E.-G. Moon, and T. Shibauchi
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Journal Title
Nature Physics
Volume: 18
Pages: 429-435
DOI
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[Journal Article] High-Pressure Phase Diagrams of FeSe1-xTex: Correlation between Suppressed Nematicity and Enhanced Superconductivity2021
Author(s)
K. Mukasa, K. Matsuura, M. Qiu, M. Saito, Y. Sugimura, K. Ishida, M. Otani, Y. Onishi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, J. Gouchi, R. Kumai, Y. Uwatoko, and T. Shibauchi
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 381-381
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] S=3/2希釈量子スピン系Ba2Co1-xZnxGe2O7における二つのボーズアインシュタイン凝縮相2022
Author(s)
渡辺義人, 三宅厚志, 厳正輝, 池田暁彦, 徳永将史, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎, 車地崇, 徳永祐介, 有馬孝尚
Organizer
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[Presentation] π電子-プロトン相関型分子性導体κ-H3(Cat-EDT-ST)2における静水圧力および一軸性圧縮下電気抵抗測定2022
Author(s)
北山元晴, 出倉駿, 藤野智子, 上田顕, 郷地順, 上床美也, 今城周作, 金道浩一, 浅井晋一朗, 益田隆嗣, 橋本顕一郎, 田嶋尚也, 森初果
Organizer
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[Presentation] 第一原理計算による有機導体(EDO-TTF-I)2ClO4の電子状態の解析2022
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川村泰喜, 橋本顕一郎, 吉見一慶, 石川学, 中野義明, 大塚晃弘, 矢持秀起, 春木理恵, 熊井玲児, 足立伸一, 小林晃人
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[Presentation] 極低温下でのキタエフ候補物質α-RuCl3の磁場角度分解比熱測定2022
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今村薫平, 水上雄太, 吉田悠生, 橋本顕一郎, 田中桜平, 原澤龍平, 栗田伸之, 田中秀数, 藤本聡, 山田昌彦, 村山陽奈子, 笠原裕一, 松田祐司. E. G. Moon, 芝内孝禎
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[Presentation] レーザー励起光電子顕微鏡によるBaFe2As2およびFe(Se, S)のネマティックドメインの観察2022
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大西朝登, 影山遥一, Cedric Bareille, 谷内敏之, 石田茂之, 水上雄太, 橋本顕一郎, 永崎洋, 辛埴, 芝内孝禎
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[Presentation] 電子線照射により不純物を導入した新奇カゴメ金属CsV3Sb5における輸送特性評価2022
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[Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3における量子相転移の観測2021
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鵜飼柚希, 下邨真輝, 末次祥大, 笠原裕一, 浅場智也, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 橋本顕一郎, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
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[Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3の磁場中熱伝導測定2021
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下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 笠原裕一, 浅場智也, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 橋本顕一郎, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
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[Presentation] 鉄系超伝導体FeSe1-xTexにおける磁気輸送特性の圧力効果2021
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向笠清隆, 石田浩祐, 岡田昂, 松浦康平, 杉村優一, M. Qiu, 斎藤三樹彦, 水上雄太, 橋本顕一郎, 大塚匠, 渡辺孝夫, 郷地順, 上床美也, 芝内孝禎
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[Presentation] レーザー励起光電子顕微鏡による(Ba,Na)Fe2As2のネマティックドメインの観察2021
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影山遥一, 大西朝登, 石田浩介, Cedric Bareille, 水上雄太, 谷内敏之, 橋本顕一郎, 石田茂之, 永崎洋, 辛埴, 芝内孝禎
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[Presentation] 鉄系超伝導体Ba1-xRbxFe2As2の圧力下電子相図2021
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岡田昂, 向笠清隆, 石田浩祐, 辻井優哉, 松浦康平, 水上雄太, 橋本顕一郎, 石田茂之, 伊豫彰, 永崎洋, 郷地順, 上床美也, 芝内孝禎
Organizer
日本物理学会
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