ダイマーモット型分子性導体に内在する特異な電荷自由度の研究

• 研究領域: 分子自由度が拓く新物質科学
• 研究課題/領域番号: 23110702
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐々木 孝彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20241565)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2011年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 強相関電子系 / モット絶縁体 / 分子性導体 / 強誘電 / 赤外光学スペクトル / ダイマーモット絶縁体 / 電子誘電性 / 電荷自由度 / 誘電率

研究実績の概要

本研究の目的は、分子性ダイマーモット絶縁体における分子ダイマー内の電荷自由度に起因する電荷ダイポール生成とその揺らぎによるグラス状態また秩序化により発現する電子的な誘電特性を解明することである。平成24年度は、1) k型分子配列構造をとるBEDT-TTF分子系三角格子ダイマーモット絶縁体の赤外光学スペクトル測定による特異な電荷励起モードの観測と電荷-スピン液体状態の相関、2) 四角格子ダイマーモット絶縁体物質での新奇な誘電応答と電場誘起分極状態の観測、3) 分子性電荷秩序絶縁体での電荷グラス状態における光学応答の研究を行った。以下、1)、2)についてその成果を記す。
1)k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3は、量子スピン液体物質として研究されてきたが、赤外光学スペクトルに電荷ギャップが開かないことから、スピンと共に電荷自由度も残留していることが分かった。この原因として0.1ev付近に電荷応答による励起モードがあること分かった。このモードはその温度依存性から、ダイマー内電荷自由度による分極状態の生成と強く相関し、この残留する自由度がスピンの液体状態の起源である可能性を提案した。
2)(BEDT-TTF)2ICl2は、22Kで反強磁性秩序を示す四角格子系ダイマーモット絶縁体であるが、より高温の60-100Kでダイマー内電荷自由度に起因すると考えられる誘電異常を示し、60K以下では電場誘起による静的に強誘電的な分極状態を示すことを明らかにした。この電場誘起強誘電状態は、反強磁性秩序と強く相関していることを明らかにし、電荷とスピンの複合した自由度の結合が重要であることを明らかにした。
以上のように、本研究により、分子ダイマー内の電荷-スピン自由度の相互結合に起因する新奇な誘電応答とスピン状態についての重要な知見が得られた。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Relaxor ferroelectricity induced by electron correlations in a molecular dimer Mott insulator (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Iguchi, S. Sasaki, N. Yoneyama, H. Taniguchi, T. Nishizaki, and T. Sasaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 号: 7 ページ: 075107075107-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.075107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of randomness on the Mott transition in κ-(BEDT-TTF)_2X (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, et al
  • 雑誌名: Phys.Status Solidi B 巻: 249 号: 5 ページ: 947-952
  • DOI: 10.1002/pssb.201100614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mott-Anderson Transition in Molecular Conductors: Influence of Randomness on Strongly Correlated Electrons in the k-(BEDT-TTF)2X System (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 雑誌名: Crystals 巻: 2 号: 2 ページ: 374-392
  • DOI: 10.3390/cryst2020374
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin and Charge Transport in the X-ray Irradiated Quasi-2D Layered Compound: k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Antal
  • 雑誌名: Crystals 巻: 2 号: 2 ページ: 579-589
  • DOI: 10.3390/cryst2020579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Phase Separation in Triangular-Lattice Quantum Spin Magnet κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3 Probed by Muon Spin Relaxation (2012)
  • 著者名/発表者名: Saori Nakajima, Takao Suzuki1,2, Yasuyuki Ishii1, Kazuki Ohishi1, Isao Watanabe1, Takayuki Goto, Akira Oosawa, Naoki Yoneyama4,5, Norio Kobayashi4, Francis L. Pratt3, and Takahiko Sasaki4,5
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 81 (2012) 063706 (4 pages) 巻: 81 号: 6 ページ: 063706-063706
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.063706
  • NAID: 210000109546
  • 査読あり
• [雑誌論文] 強相関電子系分子性導体のモット-アンダーソン転移 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 67 ページ: 504-508
  • 査読あり
• [学会発表] ダイマーモット型分子性導体に内在する特異な電荷自由度 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第７回領域会議
  • 発表場所: 東京大学小柴ホール
  • 年月日: 2013-03-01
• [学会発表] Charge degrees of freedom probed by infrared spectroscopy in dimer-Mott insulator k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: International Symposium Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom 2012
  • 発表場所: 宮崎
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] Dielectric properties of molecular dimer-Mott insulators with triangular and square lattice (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: Tokyo Workshop “Spin/charge liquids near ordering”(招待講演)
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター
  • 年月日: 2012-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] Dielectric properties of molecular dimer-Mott insulators with triangular and square lattice (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: CMRC workshop “Novel dielectric property in correlated electron system #8211;Electron and Structure-”(招待講演)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2012-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] Charge degrees of freedom probed by infrared spectroscopy in dimer-Mott insulator k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Synthetic Metals (ICSM2012)
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2012-07-08
• [学会発表] Optical Probe of Soft Coulomb Gap in Disordered Organic Conductor k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Synthetic Metals (ICSM2012)
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2012-07-08
• [学会発表] 分子ダイマーに内在する電荷自由度と誘電応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会シンポジウム「有機電荷移動錯体の特異な電荷応答と相転移」
  • 発表場所: 関西学院大学(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体κ-(ET)_2Cu_2(CN)_3における赤外光学伝導度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中屋秀貴
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] 電子誘電体の特異な誘電性と電子状態-実験から- (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: KEK物構研CMRC研究会「遍歴系における幾何学的電子相関」
  • 発表場所: つくば国際会議場(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-11
• [学会発表] ダイマーモット系分子性導体に内在する電荷自由度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第6回領域会議
  • 発表場所: 仙台市秋保
  • 年月日: 2012-01-07
• [学会発表] ダイマーモット系分子性導体に内在する電荷自由度 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 第5回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所(仙台)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-19
• [学会発表] 分子性ダイマー-モット系に内在する電荷自由度 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 金研ワークショップ「電子自由度による強誘電体最前線」
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体κ-(d-ET)_2Cu_2(CN)_3における赤外光学応答 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中屋秀貴
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 四角格子ダイマーモット型分子性導体β'-(BEDT-TTF)_2ICl_2における誘電応答 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井口敏
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] ダイマーモット型分子性導体に内在する電荷自由度 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第5回領域会議
  • 発表場所: 東京大学工学部
  • 年月日: 2011-06-09
• [備考] 東北大学金属材料研究所低温電子物性学研究部門HP
  • URL: http://cond-phys.imr.tohoku.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://cond-phys.imr.tohoku.ac.jp