有機導体のディラック電子系における異常物性の統一的解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05166
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 小林 晃人 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80335009)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: ディラック電子系 / 有機導体 / 電子間相互作用 / スピン軌道相互作用 / 量子スピンホール状態 / ゼーベック効果 / 電荷秩序

研究実績の概要

有機ディラック電子系α-(ET)2I3およびα-(BETS)2I3では、電子間相互作用の値のエネルギースケールがバンド幅よりも大きいため、電子相関効果が重要な役割を果たしていると考えられている。これらの系では低温かつ低圧の領域で絶縁体化し、その近傍では特異な輸送現象やスピン揺らぎが観測されている。本研究ではこれらのメカニズムの解明を目的とした研究を行った。
α-(ET)2I3では横ストライプ電荷秩序相転移近傍におけるゼーベック係数の非単調な温度依存性のメカニズムを解明した。理想的な２次元ディラック電子系のゼーベック係数は温度比例するが、α-(ET)2I3では転移温度近傍において鋭いピーク構造と符号反転を示す。本研究ではバンドの電子-正孔非対称性が分子間クーロン相互作用により増強されることを示し、これによりゼーベック係数の非単調な振舞いが説明できることを解明した。
α-(BETS)2I3では絶縁体化機構の正体の解明を目的とした研究を行った。α-(BETS)2I3ではスピン軌道結合による2 meV程度の小さなギャップがディラック点に開いており、明確な相転移も観測されないため、α-(ET)2I3とは異なるメカニズムで絶縁体化していると考えられている。本研究では第１原理計算によりスピン軌道結合や遮蔽効果を考慮したクーロン相互作用を考慮した拡張ハバード模型を構築し、平均場近似で扱った結果、スピン軌道結合による小さなギャップが次近接分子間クーロン相互作用のFock項により低温で増大し、相転移を伴わない絶縁体化が起きることを見い出した。このメカニズムは他のディラック電子系で議論されてきた相互作用誘起の量子スピンホール状態と密接に関係している。

研究成果

• [国際共同研究] Beijing Academy of Quantum Information(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Beijing Academy of Quantum Information
• [雑誌論文] Gap opening mechanism for correlated Dirac electrons in organic compounds α-(BEDT-TTF)2I3 and α-(BEDT-TSeF)2I3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohki Daigo、Yoshimi Kazuyoshi、Kobayashi Akito、Misawa Takahiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: L041108
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L041108
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction-induced quantum spin Hall insulator in the organic Dirac electron system α-(BEDT-TSeF)2I3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohki Daigo、Yoshimi Kazuyoshi、Kobayashi Akito
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 205123
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.205123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fragment-orbital-dependent spin fluctuations in the single-component molecular conductor [Ni(dmdt)2] (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Taiki、Kobayashi Akito
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 205145
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.205145
  • 査読あり
• [学会発表] 有機導体(EDO-TTF-I)2ClO4の第一原理計算と秩序状態の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川村泰喜, 橋本顕一郎, 吉見一慶, 石川学, 中野義明, 大塚晃弘, 矢持秀起, 小林晃人
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] ランダウ量子化したディラックノーダルライン系のスピン揺らぎ (2023)
  • 著者名/発表者名: 川村泰喜, 関根孝彦, 畠村匠, 須波圭史, 宮川和也, 鹿野田一司, 小林晃人
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Analysis of the electronic state of the organic conductor (EDO-TTF-I)2ClO4 on the bases of the first-principles calculation (2022)
  • 著者名/発表者名: Taiki Kawamura, Kenichiro Hashimoto, Kazuyoshi Yoshimi, Manabu Ishikawa, Yoshiaki Nakano, Akihiro Otsuka, Hideki Yamochi, Rie Haruki, Reiji Kumai, Shin-ichi Adachi, Akito Kobayashi
  • 学会等名: LT29
  • 国際学会
• [学会発表] Low temperature ordered state in Dirac electron phase of organic conductor α-(ET)2I3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Inoue, Daigo Ohki and Akito Kobayashi
  • 学会等名: LT29
  • 国際学会
• [学会発表] 有機導体(EDO-TTF-I)2ClO4 の電子状態および電子相関効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川村泰喜 , 橋本顕一郎, 吉見一慶, 小林晃人
  • 学会等名: 有機若手の会
• [学会発表] 有機導体(EDO-TTF-I)2ClO4における金属絶縁体転移の理論 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川村泰喜, 橋本顕一郎, 吉見一慶, 小林晃人
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋期大会