一軸性圧縮による有機超伝導体の電子状態制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14204033
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鹿児島 誠一 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (30114432)
• 研究分担者: 今久保 達郎 理化学研究所, 今久保独立主幹研究ユニット, 独立主幹研究員 (60291332) ; 前里 光彦 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (60324604) ; 近藤 隆祐 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (60302824)
• キーワード: 有機導体 / 有機超伝導体 / モット絶縁体 / 一軸性圧縮 / 電気伝導 / 磁気抵抗 / X線回折 / 分子合成

研究概要

この研究の目的は,一軸性ひずみ法によって望みの方向にだけ結晶の格子を圧縮し,有機超伝導体の結晶構造と電子構造を制御することにより,超伝導状態とこれをめぐるさまざまな電子状態の関係を究明することである。
一軸性ひずみ下における擬2次元有機導体α-(BEDT-TTF)_2XHg(SCN)_4,(X=K, NH_4),の電子バンド構造と超伝導転温度および密度波転移温度の関係を解明し,この系統の物質の電子状態が主としてバンド構造だけで説明できることを明らかにした。関連物質としてθ-(BEDT-TTF)_2CsZn(SCN)_4の一軸性圧縮下における伝導と構造を調べ,α相物質に比べて電子間クーロン相関が重要となるθ相物質では,一軸性圧縮によるバンド構造の制御によってクーロン相関の役割を制御できることを明らかにした。
κ相BEDT-TTF物質の代表として,2分子対が正三角格子に非常に近い構造を作るモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3を陽子NMRの測定で調べ,磁気秩序が30mKの極低温まで存在しないことを発見した。局在スピン間の幾何学的なフラストレーションによってスピン液体状態が安定化されていると考えられる。これに伝導面内の一軸性ひずみを加えると伝導が誘起され,臨界温度は静水圧下の約2倍(7K)にまで達する。クラストレーションを一軸性ひずみによって壊したことが,臨界温度の上昇の原因と考えられる。
物質開発では,DIETSを基本骨格とする種々のセレン置換体の系統的な分子合成とAu(CN)_4塩の作成を行った。ヨウ素置換側がジセレノール骨格のドナー分子では,強いヨウ素結合によるネットワークが形成される。伝導性はセレン原子の数に依存しており,分子内に6個のセレン原子を含むDIEDSSeは4.2Kまで金属的性質を保持することが判明した。一方,ヨウ素置換側がジチオール骨格のドナー分子では螺旋状の超分子構造を形成することがわかった。

研究成果

• [文献書誌] S.Kagoshima: "Uniaxial strain study of electronic and crystal structures of organic conductors"Synth.Met.. 133-134. 145-146 (2003)
• [文献書誌] R.Kondo: "Crystal structure of organic superconductor, α-(BEDT-TTF)_2NH_4Hg(SCN)_4, under the uniaxial strain"Synth.Met.. 133-134. 137-139 (2003)
• [文献書誌] S.Kagoshima: "Band structure control of organic superconductors by the uniaxial strain method"Synth.Met.. 137. 1163-1165 (2003)
• [文献書誌] R.Kondo: "Crystal structure and electronic band structure of the organic superconductor α-(BEDT-TTF)_2NH_4Hg(SCN)_4 under uniaxial strain"Phys.Rev.B. 67. 134519 (2003)
• [文献書誌] T.Takeuchi: "Uniaxial Strain Effect on the θ-Phase Organic Conductor with a Large Dihedral Angle, θ-(TMET-TTP)_4PF_6"J.Phys.Soc.Jpn.. 72. 1152-1154 (2003)
• [文献書誌] R.Kondo: "Crystal and band structures of organic superconductor under the uniaxial strain"Physica C. 388-389. 601-602 (2003)
• [文献書誌] Y.Shimizu: "Spin liquid state in an organic Mott insulator with a triangular lattice"Phys.Rev.Lett.. 91. 107001 (2003)
• [文献書誌] H.Maesato: "Anisotropy in the superconducting transition temperature of κ-(BEDT-TTF)_2X"Synth.Met.. 137. 1243-1244 (2003)
• [文献書誌] Y.Shimizu: "Magnetic properties of κ-(ET)_2Cu_2(CN)_3"Synth.Met.. 137. 1247-1248 (2003)
• [文献書誌] Y.Shimizu: "Transport properties of a Mott insulator κ-(ET)_2Cu_2(CN)_3 under the uniaxial strain"Synth.Met.. 133-134. 225-226 (2003)
• [文献書誌] T.Ishikawa: "Uniaxial strain study of κ-(BEDT-TTF)_2Cu(NCS)_2"Synth.Met.. 133-134. 227-228 (2003)
• [文献書誌] T.Imakubo: "CSe_2-free synthesis of [1,3]diselenole-2-thione and its application to syntheses of iodinated tetraselenafulvalenes (TSeFs)"Chem.Commun.. 15. 1940-1941 (2003)
• [文献書誌] R.Suizu: "Synthesis and properties of hetero-halogenated TTFs"Organic & Biomolecular Chemistry. 1・21. 3629-3631 (2003)
• [文献書誌] T.Imakubo: "Crystal design of organic conductors using the iodine bond"Synth.Met.. 137. 601-602 (2003)
• [文献書誌] N.Tajima: "Uniaxial Strain Effects on Transport Properties of a Supramolecular Organic Conductor θ-(DIETS)_2[Au(CN)_4]"J.Phy.Soc.JPN.. 72・5. 1014-1017 (2003)
• [文献書誌] T.Imakubo: "Supramolecular organic conductor θ-(DIETS)_2[Au(CN)_4] : unique structure and superconductivity under uniaxial"Synth.Met.. 133-134. 181-183 (2003)