高度なソフトマター性と巨大電荷分離を伴う超分子塩化合物の新規な固体物性の開拓

• 研究課題/領域番号: 20H01862
• 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13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中澤 康浩 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60222163)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: 電荷分離 / 微少量試料 / 熱容量 / 誘電特性 / 磁気特性 / 磁気熱量効果 / 磁気冷却 / 誘電的性質 / 熱伝導 / 電荷揺らぎ / 電荷分離構造 / 熱容量測定 / 非平衡物性 / 分子性化合物 / 誘電異常 / 熱的性質

研究開始時の研究の概要

両親媒性の有機配位子と金属イオンを用いた金属錯体、ドナー・アクセプター分子の複合塩等では、カチオンとアニオンがクラスターとして集積し、大きく電荷分離した特異な構造が形成される。これらの塩は、クラスターの間隙やそれらが繋がったキャビテー構造が柔らかく、揺らぎの大きな構造となる。こうした物質群で起こる量子性を伴う誘電的な特性や構造揺らぎ、外場印加で生じる構造変容、水や水和イオンの非平衡な運動に基づく固体物性を、熱測定、誘電測定、磁気・輸送現象測定などを通して追跡する。

研究成果の概要

本研究では、大きな電荷と空間的に広がりをもつカチオン性、アニオン性のクラスターユニトからなる分子性塩や、空間的な分離積層が可能なドナー、アクセプター分子の電荷移動複合塩などを対象に、強い分子間相互作用に根差した非平衡性や局所性を伴う新しい物性開拓を進めた。結晶格子の中で水やアニオン性低分子が集積した構造の中での誘電特性、磁気特性、電荷分離に誘引されたガラス状態の顕著な特性とその起源について議論した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究目的達成のため、大量合成が困難な極微単結晶試料や分子性複合塩の粉末試料に対して、広い温度領域や外場環境下で、その誘電、磁気、熱物性の測定を進めるための技術開発を進めることで、分子性化合物の物性測定の可能性を広げることが出来た。また、電荷の分離が駆動力として働く分子性物質では、硬い固体結晶の中であっても電荷の不均衡によってつくられる局所空間や間隙に分子の動的構造からくる柔らかい系としての特徴があることがわかった。二面性をもつ新たな凝集相の概念の構築に繋がる学術的な意義がある。

研究成果

• [国際共同研究] 核物理研究所(ポーランド)
• [国際共同研究] 低温物理・低温工学研究所(ウクライナ)
• [国際共同研究] 低温物理・低温工学研究所(ウクライナ)
• [国際共同研究] Visva Bharati University(インド)
• [国際共同研究] Inst. of Low Temp. Physics(ウクライナ)
• [国際共同研究] Institute for Nuclear Physics(ポーランド)
• [国際共同研究] Visva Bharati University(インド)
• [国際共同研究] Institute of Nuclear Physics(ポーランド)
• [国際共同研究] Inst. of Low Temp Phys.(ウクライナ)
• [雑誌論文] 分子性電荷移動塩の超伝導ギャップの構造と対称性の熱力学的解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 今城周作、中澤康浩
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 78 号: 2 ページ: 79-84
  • DOI: 10.11316/butsuri.78.2_79
  • ISSN: 0029-0181, 2423-8872
  • 年月日: 2023-02-05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation-driven organic 3D topological insulator with relativistic fermions (2023)
  • 著者名/発表者名: Nomoto Tetsuya、Imajo Shusaku、Akutsu Hiroki、Nakazawa Yasuhiro、Kohama Yoshimitsu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 2130-2130
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37293-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heat Capacity of Poly(N-vinylpyrrolidone) (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikiriyama, K. Kondo, Y. Miyazaki, Y. Sasada, K. Sawada, R. Endo, N. Man, M. Nakano, and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Thermochim. Acta 巻: 722 ページ: 1794561-14
  • DOI: 10.1016/j.tca.2023.179456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic field induced transition in the charge-glass former θ－(BEDT－TTF)2CsCo(SCN)4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Nomoto Tetsuya、Yamashita Satoshi、Akutsu Hiroki、Nakazawa Yasuhiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 号: 8 ページ: 085121-085121
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.085121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoelectric, spectroscopic, optical and elastic properties of Co-doped BaTiO3 ceramics (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Bujakiewicz-Koronska, L. Gondek, L. Vasylechko, M. Balanda, E. Juszynska-Galazka, M. Galazka, D. Majda, W. Piekarczyk, A. Zywczak, A. Cizman, M. Sitarz, P. Jelen, W. Salamon, P. Czaja, J. Jedryka, K. Koronski, A. Kalvane, K. Gornicka, E. Markiewicz, S. Yamashita and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 946 ページ: 1693441-17
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.169344
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal conductivity measurement system for molecules-based compounds available in a wide temperature region (2023)
  • 著者名/発表者名: L. Zhang, T. Nomoto, S. Yamashita, H. Akutsu, A.I. Krivchikov and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Low Temp. Phys. 巻: 49 号: 5 ページ: 539-544
  • DOI: 10.1063/10.0017814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pseudogap formation in organic superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Imajo, T. Kobayashi, Y. Matsumura, T. Maeda, Y. Nakazawa, H. Taniguchi, and K. Kindo
  • 雑誌名: Phys. Rev. Mater. 巻: 7 ページ: 1248031-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of the Mott insulator-metal transition in a triangular lattice system without magnetic order (2023)
  • 著者名/発表者名: Emre Yesil, Shusaku Imajo, Satoshi Yamashita, Hiroki Akutsu, Yohei Saito, Andrej Pustogow, Atsushi Kawamoto, and Yasuhiro Nakazawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 107 号: 4 ページ: 0451331-9
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.045133
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Systematic study on thermal conductivity of organic triangular lattice systems (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto, S. Yamashita, H. Akutsu, Y. Nakazawa, and R. Kato
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 105 号: 24 ページ: 2451331-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.245133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic measurements of doped dimer-Mott organic superconductor under pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Y.、Yamashita S.、Akutsu H.、Nakazawa Y.
  • 雑誌名: Low Temperature Physics 巻: 48 号: 1 ページ: 51-56
  • DOI: 10.1063/10.0008964
  • 査読あり
• [雑誌論文] Persistence of fermionic spin excitations through a genuine Mott transition in κ-type organics (2022)
  • 著者名/発表者名: Imajo S.、Kato N.、Marckwardt R. J.、Yesil E.、Akutsu H.、Nakazawa Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 号: 12 ページ: 125130-125130
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.125130
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Organic Quantum Spin Liquid with Triangular Lattice: Spinon Fermi Surface and Scaling Behavior (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Kusamoto, C. Ohde, S. Sugiura, S. Yamashita, R. Matsuoka, T.Terashima, Y. Nakazawa , H. Nishihara and S. Uji
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. 巻: 95 号: 2 ページ: 306-313
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Heat Capacity and Lattice Softening of Partially Deuterated Compounds of κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumura, S. Imajo, S. Yamashita, H. Akutsu, and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Crystals 巻: 12 号: 1 ページ: 21-12
  • DOI: 10.3390/cryst12010002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electric dipole induced bulk ferromagnetism in dimer Mott molecular compounds (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Ryo、Yamashita Satoshi、Akutsu Hiroki、Nakazawa Yasuhiro、Kusamoto Tetsuro、Oshima Yugo、Nakano Takehito、Yamamoto Hiroshi M.、Kato Reizo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 13321-10
  • DOI: 10.1038/s41598-020-79262-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural, magnetic and Mossbauer spectroscopic studies of the [Fe(3-bpp)2](CF3COO)2 complex: role of crystal packing leading to an incomplete Fe(ii) high spin [右矢印左矢印の記号] low spin transition (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugiyarto Kristian Handoyo、Onggo Djulia、Akutsu Hiroki、Reddy Varimalla Raghavendra、Sutrisno Hari、Nakazawa Yasuhiro、Bhattacharjee Ashis
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 23 号: 15 ページ: 2854-2861
  • DOI: 10.1039/d0ce01687j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fermi Surface Structure and Isotropic Stability of Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov Phase in Layered Organic Superconductor b″-(BEDT-TTF)2SF5CH2CF2SO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Sugiura, H. Akutsu, Y. Nakazawa, T. Terashima, S. Yasuzuka, J. A. Schlueter, and S. Uji
  • 雑誌名: Crystals 巻: 11 号: 12 ページ: 1525-1525
  • DOI: 10.3390/cryst11121525
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lattice and Charge Fluctuations in a Molecular Superconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Naito, M. Uruichi, H. Akutsu, and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 90 号: 6 ページ: 0637081-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.063708
  • NAID: 40022591115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Heat Capacity of Low-Dimensional Systems: Carbon Nanotube and 1D Atomic and Molecular Chains of Adsorbates (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Barabashko and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Netsu Solutei 巻: 48 ページ: 1641-7
  • NAID: 40022761068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Variation of Electronic Heat Capacity of κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br Induced by Partial Substitution of Donor Layers (2020)
  • 著者名/発表者名: Yesil Emre、Imajo Shusaku、Nomoto Tetsuya、Yamashita Satoshi、Akutsu Hiroki、Nakazawa Yasuhiro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 7 ページ: 073701-073701
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.073701
  • NAID: 40022283302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Crystal Heat Capacity Measurement of Charge Glass Compound θ-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4 Performed Under Current and Voltage Application (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Hino, T. Nomoto, S. Yamashita, and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Crystals 巻: 10 号: 11 ページ: 10601-10
  • DOI: 10.3390/cryst10111060
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of glassy phonon states induced by strong electron correlations in θ-type organic charge transfer salts (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomoto T.、Yesil E.、Yamashita S.、Akutsu H.、Nakazawa Y.
  • 雑誌名: Modern Physics Letters B 巻: 34 号: 19n20 ページ: 2040059-2040059
  • DOI: 10.1142/s021798492040059x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of frequency tuning AC modulation method for high-pressure heat capacity measurements of molecules-based compounds (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomoto T.、Maruyama T.、Yamashita S.、Akutsu H.、Nakazawa Y.
  • 雑誌名: Modern Physics Letters B 巻: 34 号: 19n20 ページ: 2040062-2040062
  • DOI: 10.1142/s021798492040062x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Fully Gapped Superconductivity Possibly Mediated by Charge Fluctuations in a Nondimeric Organic Complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Imajo S.、Akutsu H.、Kurihara R.、Yajima T.、Kohama Y.、Tokunaga M.、Kindo K.、Nakazawa Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 17 ページ: 177002-177002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.177002
  • 査読あり
• [学会発表] Thermodynamic properties of molecular dimer Mott system (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: Workshop on Molecular Solid State Science 3月29-30日 (愛媛大学)
• [学会発表] Molecular Superconductors and Their Thermodynamic Properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: The 10th International and 12th China-Japan Joint Symposium on Calorimetry and Thermal Analysis (CATS-2023) (Shandong, China), September 23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hole Doping in the Spin Liquid State of Organic Charge Transfer Complexes (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, T. Nomoto, S. Imajo, S. Yamashita and H. Akutsu
  • 学会等名: 3rd International Advanced Research Workshop Thermal Conductivity of solid states at low temperature (Oct. 25th 2023).
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Heat Capacity Measurements of Non-Ordered Spin States in Dimer-Mott Molecular Compounds (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, E. Yesil, S. Imajo, S. Yamashita, and H. Akutsu
  • 学会等名: The 26th International Conference on Chemical Thermodynamics (ICCT-2023) (Toyonaka (Hybrid)), July 30- August 4
  • 国際学会
• [学会発表] Pd(dmit)2電荷移動塩のスピン液体相と周辺相の熱伝導 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（仙台），9月16 -19日
  • 招待講演
• [学会発表] 分子性電荷移動塩のMott転移における相境界の熱力学的挙動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩，松村祐希，張 路明，今城周作，山下智史，圷 広樹
  • 学会等名: 第59回熱測定討論会（東京)，10月24-26日
• [学会発表] Thermodynamics Related to the Mott-Hubbard Physics in Organic Conductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: Workshop of Research Center for Thermal and Entropic Science (Toyonaka), October 20
  • 国際学会
• [学会発表] Thermodynamic Properties around the Metal-Insulator Spin Phase Boundary in the Dimer-Mott Organic Compounds (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, E. Yesil, S. Imajo, S. Yamashita and H. Akutsu
  • 学会等名: Multiscale Phenomena in Condensed Matter (Multis 2022) (Online)
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction of Calorimetry and its Application for Researches (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: Virtual Intercontinental Assembly on Calorimetry and Thermal Analysis (VIACTA2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum Features around the Mott Boundary in Organic pai-electrons Compounds (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, Emre Yesil,Y. Matsumura, S. Imajo, S. Yamashita and H. Akutsu
  • 学会等名: 2nd International Workshop Thermal Conductivity of Solid States at Low Temperatures
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子性電荷移動塩における金属絶縁体転移近傍の熱力学的性質 (2022)
  • 著者名/発表者名: Emre Yesil，松村祐希，今城周作，山下智史，圷広樹，中澤康浩
  • 学会等名: 第58回熱測定討論会（オンラインおよびハイブリット（東京））
• [学会発表] 二次元層状金属錯体の面内、面間熱伝導測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 張 路明，山下智史，圷広樹，野本哲也，星野哲久，芥川智行，中澤康浩
  • 学会等名: 第58回熱測定討論会（オンラインおよびハイブリット（東京））
• [学会発表] Magneto-caloric effect of frustrated metal complexes containing Gd ions (2022)
  • 著者名/発表者名: Yu Zhang, Satoshi Yamashita, Hiroki Akutsu, Tetsuya Nomoto, Nobuto Yoshinari, Takumi Konno, and Yasuhiro Nakazawa
  • 学会等名: 第58回熱測定討論会（オンラインおよびハイブリット（東京））
• [学会発表] 微小結晶熱伝導率測定装置の開発と層状有機分子の物性研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 張 路明，山下智史，圷広樹，中澤康浩
  • 学会等名: 分子科学討論会2022（横浜
• [学会発表] α-(BETS)2I3における2D-3Dクロスオーバーとカイラル磁気異常効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野本哲也, 今城周作, 圷広樹, 中澤康浩, 小濱芳允
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会（ハイブリッド（東京）
• [学会発表] Thermal Conductivity of Organic Charge Transfer Complexes with Strong Correlation in 2D pai-Electrons Layers (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: The International Advanced Research Workshop “Thermal Conductivity of Sold State at Low Temperature” (Online)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 熱測定による分子性電荷移動塩の物性研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩
  • 学会等名: 九州大学先導物質化学研究所セミナー（オンライン）
  • 招待講演
• [学会発表] 二次元ダイマー型電荷移動錯体の電子状態と量子相転移 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩，Emre Yesil，今城周作，山下智史，圷 広樹
  • 学会等名: 第57回熱測定討論会（オンライン）
• [学会発表] フラストレート系有機伝導体に対する低温熱伝導率測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野本哲也，山下智史，圷 広樹，中澤康浩，加藤礼三
  • 学会等名: 第57回熱測定討論会（オンライン）
• [学会発表] 薄膜型装置の微小単結晶試料量に対する比熱測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宇野陽亮，中澤康浩，圷 広樹，山下智史
  • 学会等名: 第57回熱測定討論会（オンライン）
• [学会発表] Thermodynamic Studies of Novel Molecular Ferromagnets in Dimer-Mott Charge Transfer Compounds (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: International Advanced Study Conference on Condensed Matter & Low Temperature Physics 2020 (CMLTP2020) (Online)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Possibility to Tune Thermodynamic Parameters of Organic Spin Liquids Using Chemical Substitutions (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: International Symposium of Thermal and Entropic Science
  • 国際学会
• [学会発表] フラストレーションをもつ分子性電荷移動塩の電子状態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩，今城周作，Emre Yesil，山下智史，圷 広樹
  • 学会等名: 第56回熱測定討論会（オンライン）
• [学会発表] 電荷フラストレート系theta-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4における磁場誘起相転移 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野本哲也，山下智史，圷 広樹，中澤康浩
  • 学会等名: 分子科学会オンライン討論会
• [学会発表] Low Temperature Heat Capacity Measurement of a Spin Liquid / Fermi Liquid Alloying System (2020)
  • 著者名/発表者名: E. Yesil, Y. Saito, S. Yamashita, H. Akutsu, A. Kawamoto, and Y. Nakazawa
  • 学会等名: 分子科学会オンライン討論会
• [図書] 熱量測定・熱分析ハンドブック 第3版 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩（日本熱測定学会編，執筆分担）
  • 総ページ数: 363
  • 出版者: 丸善
  • ISBN: 9784621305072
• [備考] 阪大化学熱学レポート
  • URL: https://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/micro/
• [備考] 物性物理化学研究室
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/nakazawa/