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The electronic state of the vicinity of Mott boundary in organic superconductors studied by STM/STS

Research Project

Project/Area Number 22K03521
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

市村 晃一  北海道大学, 工学研究院, 教授 (50261277)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 黒澤 徹  室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10615420)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords有機超伝導体 / 走査トンネル顕微鏡 / 強相関電子系 / 超伝導 / モット絶縁体
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、強相関有機超伝導体において冷却速度を制御することで導入した超伝導相とモット絶縁体相の境界(モット境界)での臨界的な超伝導状態を走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)を用いて微視的に調べることである。
本研究は以下のように実施することを計画している。[1] 有機超伝導体単結晶試料の作製 [2] X線回折による単結晶試料の同定 [3] 電気抵抗率測定による電子物性の評価 [4] 磁化率測定による電子物性の評価 [5] 冷却速度制御系の整備 [6] 極低温超高真空STMの信号検出系の改良 [7] モット境界での超伝導ギャップの観測 [8] 研究のまとめ

Outline of Annual Research Achievements

有機導体kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brの単結晶を電解法で作製した。原料試薬の精製過程を増やすことにより試料の良質化を行った。得られた単結晶試料はX線回折により当該化合物であることを同定したうえで、電気抵抗と磁化率の温度依存性を測定し電子物性を評価した。
作製された単結晶試料に対し超高真空STMを用いて、室温と8 KにおいてSTM/STS測定を行った。今回は100 nm角程度広範囲なSTM測定で表面の平坦さを評価したのち、STS測定を重点的に行った。室温でのSTS測定では±300 meの範囲内でトンネル微分コンダクタンスの減少が見られたが、フェルミ準位付近では有限の値であった。フェルミ準位での状態密度は有限であるものの状態密度スペクトルは単純な金属とは大きく異なる。これは前年度の結果と同様である。また、室温では場所による本質的なスペクトルの変化はなかった。
一方、超伝導転移以下の8 KにおけるSTS測定では±400 meVの範囲で微分コンダクタンスはほぼゼロであり大きさ約800 meVのギャップがあることがわかった。このギャップはモット絶縁体ギャップに対応するものと考えられる。場所によっては、このギャップ構造の内側の-300 meV付近での微分コンダクタンスの増大が見られた。
広範囲に場所を変えて測定したが、今回は超伝導ギャップは見いだせなかった。この原因は、80 K付近の冷却速度が比較的速かったためと考えられる。これにより超伝導の体積分率が減少したため、STMで超伝導相の領域にアプローチできなかったと推測している。また、モット絶縁体相の領域がSTMスキャナーで走査できる範囲より大きかったためと考えられる。今後は、冷却速度のより精密な制御を工夫する。また、ステージの移動機構の導入を検討することにより広範囲での測定を目指す。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

分担者との共同実験がほぼ予定通りに行え超高真空低温STMを用いた実験に着手できた。

Strategy for Future Research Activity

試料の冷却速度を精密に変化させることで不均一性の制御を試みる。引き続き10 K以下の超伝導相においてSTM/STS測定を行う。ステージの移動機構の導入を検討し、より広範囲にわたる状態密度マッピングを目指す。不均一な超伝導状態において、詳細なSTS測定により超伝導相とモット絶縁体相との空間的な境界での電子状態を観測することで、超伝導に対する電子相関の役割に関する知見を得る。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Universiti Sains Malaysia(マレーシア)

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    • Author(s)
      Yokoi Kazuoki、Miyazaki Issei、Ichimura Koichi、Tanda Satoshi、Matsunaga Noriaki、Kurosawa Tohru、Oda Migaku
    • Journal Title

      Solid State Communications

      Volume: 371 Pages: 115262-115262

    • DOI

      10.1016/j.ssc.2023.115262

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    • Author(s)
      Ichimura Koichi、Kokubo Hiroki、Tanda Satoshi、Kurosawa Tohru、Oda Migaku、Honma Hiroki、Matsunaga Noriaki、Moribe Kazuto、Ihara Yoshihiko、Kawamoto Atsushi
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 38

    • DOI

      10.7566/jpscp.38.011039

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      Urushihara Kazu、Fukuda Yuta、Ebana Akiya S.、Ichimura Koichi、Tanda Satoshi
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 38

    • DOI

      10.7566/jpscp.38.011055

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  • [Journal Article] Voltage Response of STM Tunneling Currents on Microtubules: Proposal of a New Neural Model by Quantum Reduction with Entanglement2023

    • Author(s)
      Teranishi Yutaro、Nakatsugawa Keiji、Nishigami Yukinori、Nakagaki Toshiyuki、Ichimura Koichi、Fukuda Yuta、Tanda Satoshi
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 38

    • DOI

      10.7566/jpscp.38.011186

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  • [Journal Article] Charge Ordering and Superconducting State in b”-(BEDT-TTF)4[(H3O)Ga(C2O4)3]・C6H5NO2 Studied by STM/STS2022

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      Koichi Ichimura, Hiroki Kokubo, Satoshi Tanda, Tohru Kurosawa, Migaku Oda, Hiroki Honma, Noriaki Matsunaga, Kazuto Moribe, Yoshihiko Ihara, Atsushi Kawamoto
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      JPS Conference Proceedings

      Volume: -

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      Koichi Ichimura, Hiroki Kokubo, Satoshi Tanda, Tohru Kurosawa, Migaku Oda, Hiroki Honma, Noriaki Matsunaga, Kazuto Moribe, Yoshihiko Ihara, Atsushi Kawamoto
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      29th International conference on Low Temperature Physics (LT29)
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  • [Presentation] Progress of DFT Studies on Muon Hyperfine Interactions in DNA Molecules2022

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      Ammaina Jamaludin, Shukri Sulaiman, Wan Nurfadhilah Zaharim, Harison Rozak, Katsuya Ishizaki, Koichi Ichimura, Isao Watanabe
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      6th International Conference on Functional Materials Science 2022 (6th ICFMS 2022) in conjunction with 2nd RIKEN Symposium
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    • Author(s)
      Muhammad Hanif Che Lah, Harison Rozak, Mohammed Faruque Reza, Shaharum Shamsuddin, Jafri Malin Abdullah, Koichi Ichimura, Isao Watanabe
    • Organizer
      6th International Conference on Functional Materials Science 2022 (6th ICFMS 2022) in conjunction with 2nd RIKEN Symposium
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  • [Presentation] STM Study of 12-mer Single Strand Guanine2022

    • Author(s)
      Katsuya Ishizaki, Issei Miyazaki, Harison Rozak, Wan Nurfadhilah Zaharim, Muhammad Hanif Che Lah, Isao Watanabe, Shukri Sulaiman, Satoshi Tanda, Koichi Ichimura
    • Organizer
      29th International conference on Low Temperature Physics (LT29)
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  • [Presentation] Scanning Tunneling Microscopy Studies of Electron Transfer in DNA - A Parkinson’s Disease Model2022

    • Author(s)
      Muhammad Hanif Che Lah, Harison Rozak, Mohammed Faruque Reza, Shaharum Shamsuddin, Jafri Malin Abdullah, Koichi Ichimura, Isao Watanabe
    • Organizer
      29th International conference on Low Temperature Physics (LT29)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Voltage Response of STM Tunneling Currents on Microtubules: Proposal of a New Neural Model by Quantum Reduction with Entanglement2022

    • Author(s)
      Yutaro Teranishi, Keiji Nakatsugawa, Yukinori Nishigami, Toshiyuki Nakagaki, Koichi Ichimura, Yuta Fukuda, Satoshi Tanda
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      29th International conference on Low Temperature Physics (LT29)
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  • [Presentation] Precursor of New Field-Induced Phase Transition in NbSe3: by Measurement of Electromagnetic Response2022

    • Author(s)
      Kazu Urushihara, Yuta Fukuda, Akiya S. Ebana, Koichi Ichimura, Satoshi Tanda
    • Organizer
      29th International conference on Low Temperature Physics (LT29)
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    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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