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分子性固体における磁性・電子状態とミュオン -第一原理計算による研究-

公募研究

研究領域超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
研究課題/領域番号 26108720
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
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2015)
独立行政法人理化学研究所 (2014)

研究代表者

圓谷 貴夫  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ICYS-NAMIKI, ICYS研究員 (00619869)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード有機導体 / 水素結合 / 量子スピン液体 / 第一原理計算 / 分子性導体 / スピン液体 / 電子状態 / バンド構造
研究実績の概要

今年度は、密度汎関数理論に基づく第一原理計算を主たるアプローチとして、水素結合を含む分子性導体κ-H_3(Cat-EDT-TTF)_2の構造と電子状態について取り組んだ。この物質は、常圧ではダイマーあたりS=1/2を持つダイマー型Mott絶縁体と考えられ、低温まで磁気秩序を起こさず量子スピン液体状態を示す。他の多くの分子性導体とは対照的に、伝導層間に孤立した絶縁層が存在せず、異なる伝導層に属する2つのCat-EDT-TTF 分子ユニット間で1つの水素(H) を共有する特異な構造を有する。 第一原理計算手法を用いてκ-H3(Cat-EDT-TTF)2の常圧におけるバンド構造と分子間で共有されたHのポテンシャル面を求めた。得られたバンド構造から2次元面内の三角格子の異方性を調べるために、ダイマー間の有効飛び移り積分を求めた結果、b+c方向の飛び移り積分が他の方向よりも大きいことがわかった。すなわち、この系は1次元スピン鎖が2つの鎖間相互作用で結合された系とみなせる。また、伝導層間の3次元的な飛び移り積分は面内のものと比較して無視できず、典型的な2次元分子性導体と比べて大きい。さらに、共有されたHの役割を明らかにするために、Hを変位させた状態から構造最適化を行った結果、Hが片方の酸素の方向に局在化した場合に、異なる分子間で電荷の不均一化が起こることがわかった。いくつかの超格子を仮定し、Hの並び方を変えた秩序パターンによっては、空間反転対称性を破り強誘電体へ転移する可能性を見出した。最近、分子間で共有されたHを重水素(D)置換すると、低温でDの局在化と同時に電荷秩序が生じ、強い格子変形を伴い、非磁性状態へ転移することが実験から報告されている。水素の量子効果の役割や観測されている低温D秩序相との対応、S体とSe体でのH/Dの存在状態の違いについても議論した。分子性導体の磁気的性質を議論することを目的に、スピン分極を考慮した計算手法の構築にも取り組んだ。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 7件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Theory of valence transition in BiNiO32016

    • 著者名/発表者名
      M. Naka, H. Seo, and Y. Motome
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 116 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.056402

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First-principles study of hydrogen-bonded molecular conductor kappa-H3(Cat-EDT-TTF/ST)22015

    • 著者名/発表者名
      T. Tsumuraya, H. Seo, R. Kato, and T. Miyazaki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 92 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.035102

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photo-Induced Phase Transition in Charge Order Systems -Charge Frustration and Interplay with Lattice-2015

    • 著者名/発表者名
      H. Hashimoto, H. Matsueda, H. Seo, and S. Ishihara
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 84 号: 11 ページ: 113702-113702

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.113702

    • NAID

      210000133715

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fragment Model Study of Molecular Multi-Orbital System X[Pd(dmit)2]22015

    • 著者名/発表者名
      H. Seo, T. Tsumuraya, M. Tsuchiizu, T. Miyazaki, R. Kato
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn

      巻: 84 号: 4 ページ: 044716-044716

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.044716

    • NAID

      210000133530

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Long-Period Charge Correlations in Charge-Frustrated Molecular θ-(BEDT-TTF)2X2014

    • 著者名/発表者名
      中惇、妹尾仁嗣
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 号: 5 ページ: 53706-53706

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.053706

    • NAID

      210000133065

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic Field Effect in One-Dimensional Charge Ordering Systems2014

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Otsuka, Hitoshi Seo, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 号: 8 ページ: 083703-083703

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.083703

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photo-induced dynamics in frustrated charge ordered systems2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Hashimoto, Hiroaki Matsueda, Hitoshi Seo, and Sumio Ishihara
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 号: 12 ページ: 123703-123703

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.123703

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 水素結合系κ-(H/D)_3(Cat-EDT-TTF/ST)_2の構造と電子状態 -第一原理計算による研究-2016

    • 著者名/発表者名
      圓谷 貴夫, 妹尾 仁嗣, 宮崎 剛
    • 学会等名
      ISSPワークショップ:分子性物質におけるπ電子―水素相関機能物性
    • 発表場所
      東京大学 物性研究所
    • 年月日
      2016-03-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 分子性スピン液体物質X[Pd(dmit)_2]_2およびH/D_3(Cat-EDT-TTF/ST)_2に対する第一原理計算2016

    • 著者名/発表者名
      圓谷 貴夫
    • 学会等名
      理研シンポジウム:ミュオン科学応用の最先端
    • 発表場所
      理化学研究所 和光キャンパス
    • 年月日
      2016-02-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] First-principles study of molecular-based spin liquid materials: X[Pd(dmit)2]2 and H/D3(Cat-EDT-TTF/ST)22016

    • 著者名/発表者名
      T. Tsumuraya, H. Seo, M. Tsuchiizu, R. Kato, T. Miyazaki
    • 学会等名
      International USMM & CMSI Workshop
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス
    • 年月日
      2016-01-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素結合を含む分子性導体における電荷秩序と誘電性 に関する第一原理計算による研究2015

    • 著者名/発表者名
      圓谷 貴夫, 妹尾 仁嗣, 加藤 礼三, 宮崎 剛
    • 学会等名
      第9回物性科学領域横断研究会 凝縮系科学の最前線
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス
    • 年月日
      2015-11-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Electronic and structural properties of hydrogen-bonded molecular conductor kappa-H_3(Cat-EDT-TTF/ST)_22015

    • 著者名/発表者名
      T. Tsumuraya, H. Seo, R. Kato, T. Miyazaki
    • 学会等名
      DFT2015
    • 発表場所
      ハンガリー デブレッセン市
    • 年月日
      2015-08-31
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-Principles Study of Electronic States of Molecular Conductors2014

    • 著者名/発表者名
      Takao Tsumuraya
    • 学会等名
      1st RIKEN-Sophia Joint Symposium:Recent Progresses on the Muon-Site Estimation
    • 発表場所
      上智大学(東京都四谷)
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子性導体 β'-X[Pd(dmit)_2]_2及びκ-H_3(Cat-EDT-TTF)_2に対する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      圓谷貴夫、妹尾仁嗣、土射津昌久、加藤礼三、宮崎剛
    • 学会等名
      第8回物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス シグマホール(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ESR Studies of the Molecular Spin Liquid System EtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_22014

    • 著者名/発表者名
      Yugo Ohshima, Takao Tsumuraya, Reizo Kato
    • 学会等名
      Joint Conference of APES2014, IES and SEST2014
    • 発表場所
      Todaiji Culture Center, Nara
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 三角格子をもつ分子性導体β'-X[Pd(dmit)_2]_2に対する理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      圓谷貴夫、妹尾仁嗣、土射津昌久、宮崎剛、加藤礼三
    • 学会等名
      新学術領域研究 第3回領域会議公開シンポジウム
    • 発表場所
      東北大学WPI棟
    • 年月日
      2014-09-23 – 2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Electronic Structure and Role of Hydrogen Bonding in Molecular Conductors, κ-H_3(Cat-EDT-TTF)_2 and κ-H_3(Cat-EDT-STF)_22014

    • 著者名/発表者名
      Takao Tsumuraya, Hitoshi Seo, Reizo Kato, Tsuyoshi Miyazaki
    • 学会等名
      Computational Science Workshop 2014
    • 発表場所
      エポカルつくば(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2014-08-20 – 2014-08-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cation Dependence of the Electronic States in Molecular Dimer-Mott Insulators β'-(Cation)[Pd(dmit)2]22014

    • 著者名/発表者名
      Takao Tsumuraya, Hitoshi Seo, Masahisa Tsuchiizu, Reizo Kato, Tsuyoshi Miyazaki
    • 学会等名
      Computational Science Workshop 2014
    • 発表場所
      エポカルつくば(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2014-08-20 – 2014-08-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] First-principles study of molecular conductors κ-H3(Cat-EDT-TTF/STF)2 electronic structure and role of hydrogen bonding2014

    • 著者名/発表者名
      Takao Tsumuraya, Hitoshi Seo, Reizo Kato, Tsuyoshi Miyazaki
    • 学会等名
      Gordon Research Conference "Conductivity & Magnetism in Molecular Materials"
    • 発表場所
      Lewiston, MA, USA
    • 年月日
      2014-08-03 – 2014-08-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] NIMS研究者データベース Samurai 圓谷 貴夫

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/TSUMURAYA_Takao-j.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 理化学研究所 加藤分子物性研究室

    • URL

      http://www.riken.jp/lab-www/molecule/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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