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化学反応と相転移で電子を変える―質量ゼロの電子を含む有機伝導体の創製と未知の物性

研究課題

研究課題/領域番号 23K23302
補助金の研究課題番号 22H02034 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関愛媛大学

研究代表者

内藤 俊雄  愛媛大学, 理工学研究科(理学系), 教授 (20227713)

研究分担者 島田 敏宏  北海道大学, 工学研究院, 教授 (10262148)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2026年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2025年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2024年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード有機ディラック電子系 / トポロジカル物質 / 電荷移動錯体 / 分子結晶 / 物質開発 / 線形分散 / バンド計算 / 強結合近似 / 有機トポロジカル物質 / 電気抵抗 / 磁化率 / 電子スピン共鳴 / 第一原理計算 / ディラック電子 / 分子性伝導体 / カルコゲンドナー分子
研究開始時の研究の概要

グラフェンなど無機物を中心とするディラック電子(DE)系と呼ばれる物質群がある。これらの物性を決めるのは、通常の電子と違って質量がなく光速で運動するDEという特殊な粒子とされており、革新的な物質科学が展開されている。しかしDE系は理論研究が先行しており、現実の物質例やその実験データが不足している。その結果、DEの質量や速度、固有の物性など根本的特徴は未知のままである。そこで『DE固有の物性』及び『DEと通常の電子との違い』という二点を本研究で明らかにする。その為に新しいDE系を本申請者の専門とする有機電荷移動錯体の単結晶で実現する。

研究実績の概要

本年度は当初の研究目標に掲げたとおり、大別して次の2つの成果を達成した。1つ目は既知の有機ディラック電子系の電子構造や電子物性を明らかにしたことで、2つめは新規な有機ディラック電子系の開発を達成したことである。前者の成果は、これまで考えられていた電子構造に対し重要な修正点を見出したという意味を持つ。これにより、電子物性の解釈も変わり、目的として掲げていたディラック電子が通常の電子からどういう機構で生じるのか、その結果振る舞いが通常の電子とはなぜ全く異なるのかといった問題に関し、理解が進んだ意義(インパクト)は大きい。当該の研究成果はイギリス化学会や日本物理学会からも注目論文に選定され、海外の第三者機関による研究成果ストックサイトなどにも注目すべき結果として掲載された。後者の成果は、これまであまり実例がなかった新しいタイプのディラック電子系に当たる物質が見つかったことである。これに関して今後共同研究者によってさらに詳しく物性測定や理論計算が行われる予定で、これまで理論が中心だった当該研究に実験的根拠を与える、もしくは一部の理論を修正する役割を担う。

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

当初の研究計画に掲げたサブテーマは、以下のとおりであり、全て計画通り順調に進捗している。(Ⅰ)alpha-D2I3(D=ET, STF, BETS)の電子構造と光学物性 ①時間分解分光測定、②バンド計算、(Ⅱ)新しい有機ディラック電子系の開発とそれらの電子構造、電気/磁気/光学物性 ①alpha-D2X (D = ET, STF, BETSまたはこれらの混晶、X=AuI2-, IBr2-, I2Br-, Br3-など1価の陰イオン)のタイプの新物質を合成、②単結晶X線構造解析、③電気抵抗測定、④磁化率測定、⑤時間分解分光測定、⑥バンド計算。このうち、(Ⅰ)①から(Ⅱ)④までは2023年度(2年目)で完了し、現在(Ⅱ)の⑤と⑥を行っている。これらの成果は、本報告書の論文リストにも記した通り、2023年度分だけでも、論文6報、学会発表5件などがある。

今後の研究の推進方策

当初の研究計画に掲げたサブテーマは、以下のとおりであり、全て計画通り順調に進捗している。(Ⅰ)alpha-D2I3(D=ET, STF, BETS)の電子構造と光学物性 ①時間分解分光測定、②バンド計算、(Ⅱ)新しいODESの開発とそれらの電子構造、電気/磁気/光学物性 ①alpha-D2X (D = ET, STF, BETSまたはこれらの混晶、X=AuI2-, IBr2-, I2Br-, Br3-など1価の陰イオン)のタイプの新物質を合成、②単結晶X線構造解析、③電気抵抗測定、④磁化率測定、⑤時間分解分光測定、⑥バンド計算。このうち、(Ⅰ)①から(Ⅱ)④までは2023年度(2年目)で完了し、現在(Ⅱ)の⑤と⑥を行っている。これらの成果は、本報告書の論文リストにも記した通り、2023年度分だけでも、論文6報、学会発表5件などがある。ここまでの結果を鑑みて、(Ⅱ)の①を繰り返し、今後さらに興味ある新物質を合成して、その電子物性を明らかにしていく。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (11件) 備考 (5件)

  • [雑誌論文] Nearly three-dimensional Dirac fermions in an organic crystalline material unveiled by electron spin resonance2024

    • 著者名/発表者名
      Oka Ryuhei、Ohara Keishi、Tajima Naoya、Shimada Toshihiro、Naito Toshio
    • 雑誌名

      Materials Advances

      巻: 5 号: 4 ページ: 1492-1501

    • DOI

      10.1039/d3ma00619k

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Band Structure Evolution during Reversible Interconversion between Dirac and Standard Fermions in Organic Charge-Transfer Salts2023

    • 著者名/発表者名
      Oka Ryuhei、Ohara Keishi、Konishi Kensuke、Yamane Ichiro、Shimada Toshihiro、Naito Toshio
    • 雑誌名

      Magnetochemistry

      巻: 9 号: 6 ページ: 153-153

    • DOI

      10.3390/magnetochemistry9060153

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of Molecular Substitution in Organic Conductors α-(ET)2I3 and α-(STF)2I3 Studied by Polarized Femtosecond Spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya Satoshi、Kanai Naoki、Oka Ryuhei、Naito Toshio、Toda Yasunori
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 9

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.094703

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ultrafast Pump-Probe Spectroscopy in Organic Dirac Electron Candidate α-(BETS)2I32023

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya Satoshi、Katsumi Masato、Oka Ryuhei、Naito Toshio、Toda Yasunori
    • 雑誌名

      Condensed Matter

      巻: 8 号: 4 ページ: 88-88

    • DOI

      10.3390/condmat8040088

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evidence for Three-dimensional Dirac Semimetal State in Strongly Correlated Organic Quasi-two-dimensional Material2023

    • 著者名/発表者名
      Tajima Naoya、Kawasugi Yoshitaka、Morinari Takao、Oka Ryuhei、Naito Toshio、Kato Reizo
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 12 ページ: 123702-123702

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.123702

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Organic Crystalline Material Close to Nodal-Line Materials: α′-STF2IBr22023

    • 著者名/発表者名
      Funatsu Koki、Oka Ryuhei、Tajima Naoya、Naito Toshio
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 13 号: 11 ページ: 1606-1606

    • DOI

      10.3390/cryst13111606

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Coherent Interlayer Coupling in Quasi-Two-Dimensional Dirac Fermions in <i>α</i>-(BEDT-TTF)<sub>2</sub>I<sub>3</sub>2023

    • 著者名/発表者名
      Tajima Naoya、Kawasugi Yoshitaka、Morinari Takao、Oka Ryuhei、Naito Toshio、Kato Reizo
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 1 ページ: 013702-013702

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.013702

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Narrow Zero Mode in Organic Massless Dirac Electron System α-(BEDT-TTF)2I32022

    • 著者名/発表者名
      Mori Ayano、Kawasugi Yoshitaka、Doi Ryusei、Naito Toshio、Kato Reizo、Nishio Yutaka、Tajima Naoya
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 号: 4 ページ: 1-2

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.045001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Model for a Novel Electronic State in a Dirac Electron System Close to Merging: An Imaginary Element between Sulphur and Selenium2022

    • 著者名/発表者名
      Naito Toshio、Suzumura Yoshikazu
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 12 号: 3 ページ: 346-346

    • DOI

      10.3390/cryst12030346

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Conductivity of Two-dimensional Dirac Electrons Close to Merging in Organic Conductor <i>α</i>-STF<sub>2</sub>I<sub>3</sub> at Ambient Pressure2022

    • 著者名/発表者名
      Suzumura Yoshikazu、Naito Toshio
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 号: 6

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.064701

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 有機トポロジカル物質のバンド構造と結晶構造の関係2024

    • 著者名/発表者名
      舩津 公輝、平本 朔良、岡 竜平、内藤 俊雄
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会(2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 新規Dirac電子系関連物質alpha'-STF2IBr2の結晶構造と電子構造の関係2023

    • 著者名/発表者名
      舩津公輝、岡竜平、内藤俊雄、田嶋尚也
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会2023大阪
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ポンププローブ分光で探る有機ディラック電子系物質alpha-(BETS)2I3の低温における電気抵抗上昇の起源2023

    • 著者名/発表者名
      土屋聡、勝見将人、岡竜平、内藤俊雄、戸田泰則
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会(2023年)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 有機ディラック電子系における量子異常II2023

    • 著者名/発表者名
      田嶋尚也、川椙義高、岡竜平、 内藤俊雄、 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会(2023年)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分子性結晶のトポロジカル物質開発2023

    • 著者名/発表者名
      内藤俊雄、舩津公輝、岡竜平、田嶋尚也
    • 学会等名
      2023年日本化学会中国四国支部大会 山口大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 有機Dirac電子系のバンド構造と電子物性の新側面2022

    • 著者名/発表者名
      岡竜平、内藤俊雄、小原敬士、山根伊知郎、島田敏宏
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会2022横浜
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 有機ディラック電子系における量子異常2022

    • 著者名/発表者名
      田嶋尚也、川椙義高、岡竜平、 内藤俊雄、 加藤礼三、西尾豊
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ポンププローブ時間分解分光で探る有機ディラック電子系物質alpha-(STF)2I3の基底状態2022

    • 著者名/発表者名
      土屋聡、金井直樹、岡竜平、内藤俊雄、戸田泰則
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 有機Dirac電子系のバンド構造と電子物性2022

    • 著者名/発表者名
      岡竜平、小原敬士、山根伊知郎、島田敏宏、内藤俊雄
    • 学会等名
      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ディラック電子と通常の電子が共存した有機伝導体の電子スピン共鳴2022

    • 著者名/発表者名
      内藤 俊雄、岡 竜平、小原 敬士、田嶋 尚也、島田 敏宏
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 有機ディラック電子系の低磁場下輸送特性2022

    • 著者名/発表者名
      田嶋尚也、川椙義高、岡竜平、 内藤俊雄、加藤礼三、西尾豊
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 現実の物質で見つかった光子のような四次元の電子(EurekAlert!)

    • URL

      https://www.eurekalert.org/news-releases/1037658

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 現実の物質で見つかった光子のような四次元の電子(AlphaGalileo)

    • URL

      https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/243768?returnurl=https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/243768

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 現実の物質で見つかった光子のような四次元の電子(Asia RESEARCH NEWS)

    • URL

      https://www.asiaresearchnews.com/content/photon-electrons-four-dimensional-world-discovered-real-material

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Chiral Anomalies in Organic Dirac Semimetals

    • URL

      https://doi.org/10.7566/JPSHT.4.006

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] “四次元”の電子を実験でとらえる~“つかみどころのない電子”をどうやって観測するか~

    • URL

      https://www.jps.or.jp/keijiban/keijiban_press.php

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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