分子性磁性金属超伝・導体の構築と物性評価

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11224211
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 小林 速男 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 教授 (60057635)
• 研究分担者: 徳本 圓 通産省工業技術院, 電子技術総合研究所, 主任研究官 ; 鈴木 敏泰 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助教授 (60260030) ; 藤原 秀紀 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (70290898)
• キーワード: 磁性有機伝導体 / 分子磁性 / 分子性超伝導体 / 有機超伝導体 / 磁性超伝導体 / 有機強磁性体

研究概要

これまで磁性と超伝導は一般的に両立しがたいものと思われており、実際、従来、磁気秩序と超伝導が共存した有機伝導体の例は存在しない。然し一方、無機超伝導体では著名な磁性超伝導体が知られている。本研究の目的の磁性アニオンを含む安定な有機分子性金属を開発し、低温での磁性イオンとπ伝導電子の相互作用を調べることにより、分子正結晶を舞台とする磁性と伝導体の境界領域研究の進展を目指すと共に、究極的には磁性有機超伝導体の開発の可能性を検討することである。本年度は、最近私達が系統的に研究してきた、BETSと略称されるπドナー分子とハロゲン化鉄(III)イオンから構成される伝導体λ-,_K-(BETS)_2FeX_4(X=Cl,Br)、あるいはそれらの混晶系λ-,_K-(BETS)_2FeBr_<y]>Cl_<4-y]>やFeサイトにGaを取り込んだ系λ-(BETS)_2Fe_xGa_<1-x>Cl_<4-y>を合成し、その物理的性質を吟味した。その結果、前述したように最近この分野の物質開拓の最終目標であった、磁性超伝導体を_K-(BETS)_2FeBr_<4]>で初めて発見することが出来た(J.AM.Chem.Soc.,121,5581(1999))。即ち_K-(BETS)_2FeBr_<4]>は2.4Kで反強磁性転移を示した後(初めての反強磁性有機分子性金属でもある)、1.1Kで超伝導転移を示す。比熱の測定より超伝導転移温度以下で超伝導と反強磁性秩序が共存することが明らかになった。更に抵抗の温度変化はネール温度で階段的な異常を示し、伝導電子に対するπ-d相互作用の重要性を示す直後の証拠が初めて得られた。極く最近、同型の_K-(BETS)_2FeCl_<4]>についても極低温の磁気測定のよって、反強磁性転移と超伝導転移が見出されている。_K-(BETS)_2FeCl_<4]>の転移温度は磁気転移、超伝導転移は共に_K-(BETS)_2FeBr_<4]>よりも低く、今後の比較検討により、磁気相互作用の機構、超伝導転移機構に対する重要な知見が得られものと期待される。更に、本年度。λ-(BETS)_2FeCl_<4]>において、3kbar程度の圧力で反強磁性絶縁状態が押さえられて超伝導状態となることが見出された。これまでλ型BETS伝導体では、前例のない金属-超伝導-絶縁体転移など特異的磁気伝導物性が見出されていたが、これらの発見により、今後、磁性有機伝導体の驚くべき多彩な物性が明らかにされていくものと思われる。

研究成果

• [文献書誌] T.Adachi, H.Kobayashi, M.Tokumoto,他7名: "Superconducting Transition of (TMTTF)_2PF_6 above 50 kbar"J.Am.Chem.Soc.,. 122 (in press.). (2000)
• [文献書誌] B.Narymbrtov, H.Kobayashi, M.Tokumoto, 他5名: "Low Tempreature Structure Analysis of Unannealed TDAE^*C_<60> Single Crystal"J.Chem.Soc.,Chem.Commun.. 1999. 1511-1512 (1999)
• [文献書誌] E.Ojima, H.Kobayashi, M.Tokumoto, 他8名: "Antiferromagnetic Organic Metal Exhibiting Superconducting Transition,k-(BETS)_2FeBr_4 [BETS=Bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene]"J.Am.Chem.Soc.. 121. 5581-5582 (1999)
• [文献書誌] A.soto, H.Kobayashi ,他7名: "Coexistence of Antiferromagnetically Ordered Fe^<3+> Spins and Metal π-Electrons in λ-BETS_2FeCl_4"Adv.Mater.. 11. 1192-1194 (1999)
• [文献書誌] H.Fujiwara and H.Kobayashi: "New π-Extended Organic Donor Containing a Stable TEMPO Radical as a Condedate for Conducting-Magnetic Multifunctional Materials"J.Chem.Soc.,Chem.Commun.. 1999. 2417-2418 (1999)
• [文献書誌] T.Tanaka, H.Kobayashi, 他5名: "Chemical Control of Electrical Properties and Phase Diagram of a Series of λ-Type BETS Superconductors, λ-(BETS)_2GaBr_xCl_<4-x>"J.Am.Chem.Soc.. 121. 760-768 (1999)