| 研究課題/領域番号 |
14J07870
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
佐藤 拓朗 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | 電子ガラス / 電子結晶 / 結晶化過程 / 幾何学的フラストレーション |
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| 研究実績の概要 |
本研究で対象にしているtheta-(BEDT-TTF)2Xと呼ばれる物質群は、電荷秩序性と、三角格子に起因する幾何学的フラストレーションの両方を本質的に有しており、アニオンXの違いによって、金属相・電荷秩序相・電荷ガラス相といった様々な電子状態が低温で実現することがこれまでの私の研究で明らかになった。
平成27年度は、金属相/電荷秩序相/電荷ガラス相が、電荷の自由度における液体/結晶/ガラスであることに着目して、電荷ガラス相から電荷秩序相への転移過程、すなわち電子結晶化過程を詳細に調べることを目指した。ガラス相と結晶相の制御が容易なtheta-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4を用いることで、電子結晶化過程を電気抵抗測定、NMR測定によって検出することができた。電子結晶化速度は、ドーム状の温度依存性を示すことが分かった。ドーム状の構造はTime-Temperature-Transformation(T-T-T)曲線と呼ばれ、結晶成長に核生成と核成長の2つの異なるメカニズムが関係することを示す重要な証拠である。ドームの高温側は拡散による核成長過程が律速に、ドームの低温側は核生成過程が律速になっていると考えられる。この実験で明らかになった電子結晶形成のメカニズムは、強相関系の他の1次転移過程にも広く適用できると考えられ、学際的にも価値あるトピックである。以上の結果について、現在、論文として報告する準備を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成27年度は、電荷秩序相が電子の結晶と見なせることに着目し、電子結晶化過程という新しい研究分野の開拓を狙った。その結果、原子や分子といった自由度における古典的結晶化過程と同様に、電子結晶化においても、核生成と核成長という2つのメカニズムが内在することを明らかにした。過去、電子系における相転移の形成過程を、微視的なプローブを用いて検出できた例は無く、強相関電子系一般に広く適用できると考えている。以上の結果から、当初の計画以上に研究が進展したことを示している。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、フラストレーションの量子的側面に着目したい。準安定状態である電荷ガラスの存在は、裏を返せば背後に基底状態である電荷秩序相の存在を意味する。では、幾何学的フラストレーションの大きな極限ではどうなるか？電荷秩序転移点が絶対零度まで低下し、量子臨界的な挙動を示すことが予想される。theta-(BEDT-TTF)2X物質群の中で、最もフラストレートし、量子臨界点近傍に位置する可能性を指摘されているtheta-(BEDT-TTF)2I3では、電気抵抗からは電荷秩序/電子ガラス転移の兆候は観測されず、室温まで金属的であることが報告されている。しかし、抵抗率の絶対値は、ボルツマン方程式から導かれる抵抗率の最大値、Mott-Ioffe-Regal(MIR)リミットを超えており、フェルミ液体描像の破綻したbad metal的描像が成り立つ。すでに私は、電気抵抗ノイズ測定を用いて、揺らぎの観点から、量子臨界性の検出を試みており、通常の金属では起こり得ない、大きな抵抗揺らぎを実験的に検出することに成功した。この抵抗揺らぎは、強いフラストレーション効果による量子臨界性の兆候と考えられる。今後、フラストレーションをパラメータとした電荷秩序量子臨界性という新たな視点で研究を進める予定である。
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