軌道・電荷・スピン自由度が共存する分子固体の研究

• 研究課題/領域番号: 15K05478
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能物性化学
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 山本 貴 愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 准教授 (20511017)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 分子固体 / 軌道自由度 / 縮退軌道 / 電荷自由度 / 電荷再配列 / スピン自由度 / スピン液体 / 伝導性 / 分子性導体 / 金属ジチオレン錯体 / ジチオレン錯体 / 電子自由度 / 格子自由度 / 分子軌道自由度 / HOMO-LUMO逆転 / 金属ジチオレン錯体塩 / 超伝導 / 電荷整列 / モット絶縁体 / Valence Bond Order / 軌道準位の縮退・逆転 / 超分子化 / 伝導性・磁性 / 電荷不均一化 / 分子性固体 / 有機導体 / 電荷・スピン自由度

研究成果の概要

二次元系の分子性結晶にも軌道自由度が存在するのか検証した。（１）白金ジチオレン錯体分子からなる三種類の伝導体は約200 Kで相転移が起こる。約200K以下では、HOMO準位とLUMO準位の逆転が半数の二量体で起こり、残りの半数の二量体では起こらなかった。この現象は、軌道の縮退が回避されたことを意味する。（２）価数と磁性の変化が軌道準位の変化と連動した。（３）パラジウムジチオレン錯体分子からなる伝導体では、二量体同士の相互作用に任意性があった。この任意性は、スピン液体の候補として注目される物質でも観測された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、無機物のような軌道自由度と、大きな格子揺らぎといった分子由来の特性を組み合わせた、新しい物性を開拓できる可能性が広がった。軌道の縮退は分子同士の距離に比例する尺度で評価できることを明らかにしたので、今後の研究の進展により、単一成分の分子結晶を始めとする様々な伝導体・超伝導体における伝導機構の解明が期待される。スピン液体として注目されてきた現象の作動原理を明らかにし、スピンだけでなく格子や電荷の自由度も重要であることを示した。

研究成果

• [国際共同研究] Max Planck Institute(Germany)
• [雑誌論文] Electrical Resistivity under Uniaxial Pressures of β′′-(bis-ethelenedithio-tetrathiafulvalene)4Pd(CN)4H2O (2020)
  • 著者名/発表者名: Okii Yuichi、Yamamoto Takashi、Konishi Kensuke、Naito Toshio
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 3 ページ: 034709-034709
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.034709
  • NAID: 210000158043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Inhomogeneity in Organic Charge Transfer Salt κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]I Probed by Polarized Femtosecond Spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Satoshi、Kuwae Ryota、Kodama Takumi、Nakamura Yusuke、Kurihara Megumi、Yamamoto Takashi、Naito Toshio、Toda Yasunori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 6 ページ: 064712-064712
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.064712
  • NAID: 40022254224
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Charge and Lattice Fluctuations in Molecule-Based Spin Liquids (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Takashi、Fujimoto Takashi、Naito Toshio、Nakazawa Yasuhiro、Tamura Masafumi、Yakushi Kyuya、Ikemoto Yuka、Moriwaki Taro、Kato Reizo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-017-13118-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dye-Sensitized Molecular Charge Transfer Complexes: Magnetic and Conduction Properties in the Photoexcited States of Ni(dmit)2 Salts Containing Photosensitive Dyes (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Ryoma、Yamamoto Takashi、Ohara Keishi、Naito Toshio
  • 雑誌名: Magnetochemistry 巻: 3 号: 2 ページ: 1-16
  • DOI: 10.3390/magnetochemistry3020020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anisotropic Field Dependence of the Superconducting Transition in the Magnetic Molecular Superconductor κ-(BETS)2FeBr4 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Fukuoka, S. Yamashita, Y. Nakazawa, T. Yamamoto, H. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.014706
  • NAID: 210000134228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intra- versus Inter-dimer Charge Inhomogeneity in the Triangular Lattice Compounds of β'-Cs[Pd(dmit)2]2: A Degree of Freedom Characteristic of an Interchange of Energy Levels in the Molecular Orbitals (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, M. Tamura, K. Yakushi, and R. Kato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 104711-13
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.104711
  • NAID: 210000134128
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct observation of collective modes coupled to molecular orbital-driven charge transfer (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, S. A. Hayes, S. Keskin, G. Corthey, M. Hada, K. Pichugin, A. Marx, J. Hischt, K. Shionuma, K. Onda, Y. Okimoto, S. Koshihara, T. Yamamoto, H. Cui, M. Nomura, Y. Oshima, M. Abdel-Jawad. R. Kato and R. J. Miller
  • 雑誌名: Science 巻: 350 号: 6267 ページ: 1501-1505
  • DOI: 10.1126/science.aab3480
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Activation energy for photoconduction in molecular crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Nagayama, T. Yamamoto, and T. Naito
  • 雑誌名: CheM 巻: 2 ページ: 74-80
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 縮退に近い軌道を有する 白金ジチオレン錯体塩の相転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本貴, 高杉滉, 平賀大貴, 内藤俊雄, 売市幹大, 手島史綱, 田中清尚, 加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 非ダイマーモット型の有機超伝導体 における 一軸圧縮効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 貴, 沖井 優一, 東澤 玲央, 内藤 俊雄, 圷 広樹, 中澤 康浩
  • 学会等名: 高圧討論会
• [学会発表] Hidden Ordered States Characteristic of Interchange of MO Levels in Molecule-Based Conductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamamoto, Toshio Naito, Yasuhiro Nakazawa, Masafumi Tamura, Kyuya Yakushi and Reizo Kato
  • 学会等名: The 8th TOYOTA RIKEN International Workshop, Nagakute, Aichi, Japan, Oct. 24-26, 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interplay between spin, charge, lattice and orbital in molecule-based frustrated spin system (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamamoto, Toshio Naito, Yasuhiro Nakazawa, Masafumi Tamura, Kyuya Yakushi and Reizo Kato
  • 学会等名: The 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC 2018), Sendai, Miyagi, Japan,Jul. 30-Aug. 4, 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] kappa-型(ET)2Cu[N(CN)2]I 塩の物性と二次元電子構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 嵐育未、山本 貴、中村 祐介、内藤 俊雄
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会2018福岡（2018年9月10日(月)―13日(木)；福岡国際会議場）
• [学会発表] 分子結晶の電荷の揺らぎを利用した光励起状態に固有の金属状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内藤俊雄、山本澪馬、張明楊、山本貴
  • 学会等名: 2018年日本化学会中国四国支部大会 愛媛大会
• [学会発表] Me4Sb[Pt(dmit)2]2のラマンスペクトル (2018)
  • 著者名/発表者名: 平賀 大貴、山本 貴、内藤 俊雄、売市 幹大、加藤 礼三
  • 学会等名: 2018年日本化学会中国四国支部大会 愛媛大会
• [学会発表] π共役系を縮小した新規TTP, DTEDT 系導体の合成、構造と物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木下 直哉、Mohamad Safuwan bin Alias、白旗 崇、山本 貴、内藤 俊雄、山田 順一、御崎 洋二
  • 学会等名: 2018年日本化学会中国四国支部大会 愛媛大会
• [学会発表] HOMO-LUMO逆転した二次元系に特有な磁性と電荷の協奏現象 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本 貴・内藤 俊雄・藤本 尚史・中澤 康浩・田村 雅史・池本 夕佳・森脇 太郎・薬師 久弥・加藤 礼三
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会2018
• [学会発表] κ型(ET)2Cu[N(CN)2]I塩の物性と二次元電子構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本貴, 中村祐介, 内藤俊雄
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] Photo-induced dynamics of Me4P[Pt(dmit)2]2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa, Takashi Yamamoto, et. al.
  • 学会等名: 6th international Conference on Photoinduced Phase Transtions
  • 発表場所: SENDAI INTERNATIONAL CENTER （宮城県 仙台市）
  • 年月日: 2017-06-04
  • 国際学会
• [学会発表] 振動領域時間分解分光から見たMe4P[Pt(dmit)2]2の光誘起ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川忠彦, 卜澤陽平, 田中誠一, 恩田健, 沖本洋一, 腰原伸也, 山本貴, 野村光城, 加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学 （大阪府 豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 振動分光によるMe4N[Pt(dmit)2]2およびMe4P[Pd(dmit)2]2の分子非対称化の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本 貴，高杉 滉，内藤 俊雄，加藤 礼三
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Vibrational Spectra of [M(dmit)2] Salts (2017)
  • 著者名/発表者名: Koh Takasugi, Takashi Yamamoto, Toshio Naito, Reizo Kato
  • 学会等名: 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] (C7H13NH)[Pd(dmit)2]2およびMe4N[Pt(dmit)2]2の分子振動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高杉滉, 山本貴, 内藤俊雄
  • 学会等名: 日本化学会中四国支部大会
  • 発表場所: 香川大学 （香川県 高松市）
  • 年月日: 2016-11-05
• [学会発表] Uniaxial Strain Effects on β"-type BEDT-TTF salts (2016)
  • 著者名/発表者名: OKII, Yuichi; YAMAMOTO, Takashi; NAITO, Toshio; KONISHI, Kensuke
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学（京都府・京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 光照射下の銅 (II)ジチオレン錯体塩の磁性 ・伝導 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野間博貴 , 小原敬士 , 山本 貴, 内藤俊雄
  • 学会等名: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県・岡山市）
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] 光照射下におけるBPY[Ni(dmit)2]6・3CH3CN単結晶の伝導挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本 澪馬, 山本 貴, 内藤 俊雄
  • 学会等名: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県・岡山市）
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] 高い光伝導を示すNMQ[Ni(dmit)2]の伝導機構に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長山直樹、山本貴、内藤俊雄
  • 学会等名: 2015年 日本化学会中国四国支部大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県・岡山市）
  • 年月日: 2015-11-14
• [学会発表] κ-(ET)2Cu[N(CN)2] Iの多様な物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村祐介、山本 貴、内藤俊雄、小西健介
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会2015
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2015-09-16
• [図書] “Diversity in the Electronic Phase due to Interchange of MO Levels in [M(dmit)2] Anion Salts (M = Pd and Pt)” in Functional Materials: Advances and Applications in Energy Storage and Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto
  • 総ページ数: 73
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
  • ISBN: 9780429468131
• [備考] 分子結晶におけるスピン液体の起源を解明
  • URL: https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-64678/
• [備考] 分子結晶におけるスピン液体の起源を解明
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2017/171010/
• [備考] 分子結晶におけるスピン液体の起源を解明
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2017/
• [備考] 分子が変形する様子を2兆分の1秒刻みでコマ撮り撮影―光機能性物質の動作メカニズム解明に成功―
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2015/032959.html