強相関π電子のガラス化と結晶化を利用した不揮発性メモリ材料の開発

• 研究課題/領域番号: 18H01853
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分29010:応用物性関連
• 研究機関: 東京大学 (2019-2020); 東北大学 (2018)
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
• キーワード: 電荷ガラス / 幾何学的フラストレーション / 電荷秩序 / 有機導体 / 三角格子 / TTT図 / 強相関電子 / DSC / 強相関 / 示差走査熱量測定 / 量子ガラス / 有機薄膜単結晶 / 分子性有機導体 / 不揮発性メモリ

研究成果の概要

本研究では、エックス線照射により人為的に欠陥を導入したθ-(BEDT-TTF)2MZn(SCN)4 (M = Rb)に対して、光学伝導度測定や電気抵抗測定を行い、温度-時間-変態(TTT)図を作成した。その結果、試料内の欠陥が電荷の結晶化を妨げ、一方でガラス化を促進することを明らかにした。また、θ-(BEDT-TTF)2MZn(SCN)4 (M = Cs, Rb, Tl)において抵抗ノイズ測定を行い、電荷ガラス形成と構造ガラスの間に相関があることも見出した。これらの成果は、電荷ガラス・電荷結晶状態を利用したメモリ材料の実現に向けた指針になると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、高速・大容量通信技術の著しい発展に伴い、磁気ディスク・フラッシュメモリを刷新するより高速な不揮発性記録デバイスが必要とされており、新規なメモリ機能の開拓は現代応用物理学に課せられた重要な使命となっている。本研究は、二次元三角格子構造をもつ強相関有機導体で実現する電子の結晶化とガラス化を利用した不揮発性メモリの原理を確立することを目指したものであり、結晶中の乱れが電荷の結晶化を阻害し、電荷のガラス化を促進するという研究結果は、電荷ガラス・電荷結晶を利用した新規メモリ材料の実現に向けた大きな指針になると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] フランクフルト大学/ドレスデン工科大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Strongly correlated superconductivity in a copper-based metal-organic framework with a perfect kagome lattice (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenaka T.、Ishihara K.、Roppongi M.、Miao Y.、Mizukami Y.、Makita T.、Tsurumi J.、Watanabe S.、Takeya J.、Yamashita M.、Torizuka K.、Uwatoko Y.、Sasaki T.、Huang X.、Xu W.、Zhu D.、Su N.、Cheng J.-G.、Shibauchi T.、Hashimoto K.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 12
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf3996
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-Pressure Phase Diagrams of FeSe1-xTex: Correlation between Suppressed Nematicity and Enhanced Superconductivity (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 12 号: 1 ページ: 381-381
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20621-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Signature of band inversion in the perovskite thin-film alloys BaSn1?xPbxO3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiogai Junichi、Chida Takumaru、Hashimoto Kenichiro、Fujiwara Kohei、Sasaki Takahiko、Tsukazaki Atsushi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 12 ページ: 125125-125125
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.125125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] π電子とプロトンの連動による新しい量子液体状態―絶対零度まで揺らぎ続ける電気・磁気双極子― (2019)
  • 著者名/発表者名: 下澤雅明, 上田顕, 橋本顕一郎, 中惇
  • 雑誌名: 固体物理(アグネ技術センター) 巻: 54 ページ: 43-54
  • NAID: 40021787191
  • 査読あり
• [雑誌論文] 固体中の強相関電子の結晶化とガラス化 ―幾何学的フラストレーションによる秩序と無秩序― (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎, 佐々木孝彦
  • 雑誌名: 固体物理(アグネ技術センター) 巻: 54 ページ: 745-758
  • NAID: 40021760370
  • 査読あり
• [学会発表] Exotic physical properties emerging from geometrically frustrated pi electrons: From quantum liquids to superconductivity (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hashimoto
  • 学会等名: International Symposium on Molecular Science Cosponsored by Japan Society for Molecular
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 固体中の電子のガラス化と結晶化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: KEK 素核宇・物性連携研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 強相関電子ガラスにおける幾何学的フラストレーションとランダムネス効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] スピントリプレット超伝導体UTe2における磁場侵入長測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石原滉大，六本木雅生，小林雅之，水上雄太，橋本顕一郎，酒井宏典，芳賀芳範，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] BiCh2系超伝導体における磁場侵入長測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 六本木雅生，石原滉大，水上雄太，星和久，水口佳一，橋本顕一郎，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3におけるトポロジカル相転移の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鵜飼柚希，笠原裕一，末次祥大，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
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場中比熱の異方性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 原澤龍平，田中桜平，水上雄太，栗田伸之，田中秀数，山田昌彦，藤本B，笠原裕一，松田祐司，Eun-Gook Moon，橋本顕一郎，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] キタエフ物質α-RuCl3における電子線照射の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今村薫平，田中桜平，水上雄太，原澤龍平，橋本顕一郎，栗田伸之，田中秀数，山田昌彦，藤本聡，松田祐司，E.-G. Moon，M. Konczykowski，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] レーザー角度分解光電子分光によるFe(Se,S)の非ネマティック相における超伝導状態の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長島椿，橋本嵩広，Sahand Najafzadeh，大内俊一郎，鈴木剛，福島昭子，笠原成，松田祐司，松浦康平，水上雄太，橋本顕一郎，芝内孝禎，辛埴，岡﨑浩三
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 幾何学的フラストレーションと電子相関が生み出す量子凝縮相 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: ISSP ワークショップ：量子物質研究の最近の進展と今後の展望
  • 招待講演
• [学会発表] FeSe1-xTexの単結晶試料合成と電子相図の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 斎藤三樹彦，松浦康平，向笠清隆，杉村優一，大谷椋，邱明?，石田浩祐，大西由吾，水上雄太，橋本顕一郎，熊井玲児，郷地順，上床美也，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSe1-xTexの圧力下電子相図 (2020)
  • 著者名/発表者名: 向笠清隆，松浦康平，杉村優一，大谷椋，邱明?，斎藤三樹彦，石田浩祐，大西由吾，水上雄太，橋本顕一郎，郷地順，上床美也，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 鉄系超伝導体Fe(Se,Te)におけるネマティック量子臨界点 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石田浩祐，大西由吾，辻井優哉，向笠清隆，邱明?，斎藤三樹彦，松浦康平，杉村優一，水上雄太，橋本顕一郎，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] レーザー励起光電子顕微鏡を用いたSrVO3における強磁性ドメインの観察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 影山遥一，児玉壮平，水上雄太，谷内敏之，橋本顕一郎，Arnaud Fouchet，Andr?s F. Santander-Syro，辛埴，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 二次元カゴメ格子をもつ金属有機構体における強相関超伝導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: つくば-柏-本郷 超伝導かけはしプロジェクトワークショップ(3)
• [学会発表] 強相関電子ガラスにおける幾何学的フラストレーションとランダムネス効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSe1-xTexの電子相図の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 向笠清隆，松浦康平，杉村優一，大谷椋，邱明_，斎藤三樹彦，石田浩祐，大西由吾，水上雄太，橋本顕一郎，熊井玲児，郷地順，上床美也，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Fe(Se,Te)における電子ネマティック秩序 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石田浩祐，大西由吾，辻井優哉，向笠清隆，杉村優一，邱明_，松浦康平，斎藤三樹彦，水上雄太，橋本顕一郎，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場中比熱の異方性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 原澤龍平，田中桜平，水上雄太，栗田伸之，田中秀数，Eun-Gook Moon，笠原裕一，松田祐司，橋本顕一郎，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 二次元カゴメ格子を持つ金属有機構造体における強相関超伝導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石原滉大，竹中崇了，橋本顕一郎，繆逸杰，鳥塚潔，郷地順，上床美也，鶴見淳人，牧田龍幸，渡邉峻一郎，竹谷純一，佐々木孝彦，X. Huang，W. Xu，D. Zhu，N. Su，J. -G. Cheng，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Randomness effect on the time-temperature-transformation diagram in a charge-ordered organic material (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hashimoto
  • 学会等名: The 13th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Geometrical frustration effects on charge and spin degrees of freedom in strongly correlated π electrons (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hashimoto
  • 学会等名: ELECTRON CORRELATION IN SUPERCONDUCTORS and NANOSTRUCTURES ( ECSN-2019 )
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DSC測定によるθ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4の電荷結晶化・ガラス化ダイナミクスに対する乱れの効果の研究日本物理学会第74回年次大会 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎, 齋藤嘉彦, Jing Jiang, 和田武, 加藤秀実, 須田理行, 山本浩史, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, , 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝 彦
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] BEDT-TTF分子系電荷秩序絶縁体の電荷ガラス形成能に与える乱れ効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦, 大藏聖, 橋本顕一郎, 小林亮太, 唐金雄也, 池本夕佳, 森脇太郎, 須田理行, 山本浩史
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 強相関電子系分子性物質における長距離クーロン相互作用がもたらす電荷揺らぎの研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 強相関パイ電子の電荷・スピン・格子自由度がもたらす巨視的量子現象 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: 分子研所長招聘会議
  • 招待講演
• [学会発表] エックス線照射した電荷ガラス物質θ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4の赤外分光測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林亮太, 大藏聖, 唐金裕也, 須田理行, 山本浩史, 池本夕佳, 森脇太郎, 橋本顕一郎, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋大会
• [学会発表] Crystallization and vitrification of strongly correlated electrons on a geometrically frustrated triangular lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hashimoto , Satoru Sasaki , Ryota Kobayashi , Keisuke Itoh , Satoshi Iguchi , Yutaka Nishio , Yuka Ikemoto , Taro Moriwaki , Naoki Yoneyama , Masashi Watanabe , Akira Ueda , Hatsumi Mori , Kensuke Kobayashi , Reiji Kumai , Youichi Murakami , Jens Mueller , Takahiko Sasaki
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 水素ダイナミクスを利用したπ造形システムにおける量子スピン液体状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 有機固体結晶中の電子のガラス化と結晶化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本顕一郎
  • 学会等名: Cryopreservation2018
  • 招待講演
• [学会発表] Crystallization and Vitrification of Strongly Correlated Electrons on a Geometrically Frustrated Triangular Lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hashimoto
  • 学会等名: The International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2018 (ICSM 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 芝内・橋本研究室ホームページ
  • URL: http://qpm.k.u-tokyo.ac.jp/