| 研究課題/領域番号 |
23K22433
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01162 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
土屋 聡 北海道大学, 工学研究院, 助教 (80597633)
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| 研究分担者 |
戸田 泰則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
谷口 弘三 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50323374)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
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| キーワード | 電荷ガラス / 有機導体 / ポンププローブ分光 / 超高速ダイナミクス / ポンププローブ時間分解分光 / 時間分解分光 / 動的不均一性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目標は、現代物理学最大の未解決問題である「ガラス転移」の解明である。そのために近年基礎、応用の両面から注目を集めている有機伝導体で発現する電荷ガラスを研究対象とし、ガラス転移解明の鍵を握る「動的不均一性」に関する知見を得ることを目的とする。本研究では電子系のみを瞬時励起可能なフェムト秒光パルスを用いた電子の緩和ダイナミクス測定を基礎とした、３パルス型ポンププローブ分光による電荷ガラス形成の実時間観測に挑戦する。そのために２パルス型ポンププローブ分光により、電荷ガラスを光キャリアダイナミクスの観点から特徴づけ、ガラス形成に対するフラストレーション効果、電子相関効果に対する知見を得る。
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| 研究実績の概要 |
本研究の最終目標である「ガラス転移の解明」に向けて、近年基礎、応用の両面から注目を集めている有機分子結晶の電荷ガラス状態を研究対象とし、フェムト秒光パルスを用いた電子の緩和ダイナミクス測定を実施し、ガラス転移に対する新たな知見を得ることを目的とする。
２年目は初年度に得たガラス状態を特徴付ける緩和ダイナミクスの普遍性を調査した。まず初年度に測定したtheta-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4、theta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4、ZnをCoに置換したtheta-(BEDT-TTF)2RbCo(SCN)4、theta-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4に注目した。これらCo塩の基礎物性はRb塩と非常によく似ていることがわかっており、Rb塩と同様の電荷秩序、電荷ガラスを特徴付ける光誘起キャリアダイナミクスが観測されることが期待される。Co塩において２パルス型ポンププローブ分光測定を実施したところ、Rb塩とどうようの傾向のダイナミクスが観測され、普遍性があることが確認できた。
また電荷秩序を特徴付けるダイナミクスが他の物質でも観測されるか探るため、alpha-(BEDT-TTF)2I3、alpha-(BETS)2I3においても測定を行った。これまでの研究からalpha-(BEDT-TTF)2I3では低温で電荷秩序に相転移し、alpha-(BETS)2I3は電荷秩序ではない絶縁体に転移することがわかっているため、これら２物質での結果を比較することで、電荷秩序を特徴付けるダイナミクスの普遍性についての知見が得られると考えた。測定の結果、電荷秩序を示すalpha-(BEDT-TTF)2I3ではtheta塩の電荷秩序と同様のダイナミクスが観測され、alpha-(BETS)2I3では、電荷秩序とは異なるダイナミクスが観測された。このことから電荷秩序ダイナミクスの普遍性を確認することができた。この成果の一部は論文として出版した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
３パルス型ポンププローブ分光を実施するため、「電荷秩序状態」と「電荷ガラス状態」のダイナミクスを明確化し、更に普遍性を確かめる必要があった。これまでのCo塩、alpha塩での測定により、「電荷秩序状態」と「電荷ガラス状態」のダイナミクスの普遍性を確認することができた。さらに一部の成果は論文として発表できたので、２年目の目的はおおむね達成されたと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
２年目は主に電荷秩序に特徴的なダイナミクスを確立し、その普遍性を確認することができた。これを踏まえ、３年目は電荷ガラスに特徴的なダイナミクスの普遍性を確立することを目指す。そこでtheta-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4を急冷して得られる電荷ガラスに対して測定を行う。theta-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4はtheta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4と比べると、結晶格子（三角格子）の正三角形性が小さく（二等辺三角形）、電子相関の幾何学的フラストレーション効果が弱いと考えられている。このような系の電荷ガラスは、フラストレーション効果が強い系（Cs塩）の電荷ガラスとどのような違いがあるのか、普遍性はあるのか、２パルス型ポンププローブ分光により調査する。
また電子相関を変化させたとき、電荷ガラスのダイナミクスがどう変化するかを調査するため、外部圧力下でのポンププローブ分光測定を目指す。この測定では結晶格子（三角格子）を保ったまま有効的な電子相関を変化させることができるので、電荷ガラスを電子相関の観点から調査することができる。そのため、圧力セルを用いた測定系を整備し、その基礎特性を調査する。
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