ノイズを活用した確率共鳴現象によるプロトン・電荷移動搖動増強と巨大電荷応答

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K13511
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐々木 孝彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20241565)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 分子性導体 / 抵抗ノイズ / 強相関電子系 / 電荷ダイナミクス

研究実績の概要

平成２９年度は，本研究課題の最終年度にあたりドイツ・ゲーテ大学（フランクフルト）のイエンス・ミューラー教授との共同研究の実施によって平成２７，２８年度に構築・改良を行った抵抗ノイズ測定系を用いて低温で金属―電荷秩序絶縁体転移を示す分子性電荷移動錯体θ-(BEDT-TTF)2TlZn(SCN)4の急冷下準安定状態として現れる電荷ガラス状態におけるノイズ測定を行った．その結果，電荷秩序転移温度よりも高温領域において1/fノイズに重畳したブロードバンドノイズの観測に成功した．この重畳したブロードバンドノイズ成分は，本物質の電荷秩序転移温度以下の急冷下で発現する電荷ガラス状態の前駆現象として電荷液体状態から電荷秩序転移温度に向かって成長する電荷間の相関を有した電荷ゆらぎによるものであることがわかった．この揺らぎの相関時間と不均一度の増大は，本電荷秩序系分子性導体における電荷自由度のスローイングダウンと動的不均一に特徴づけられる電子のガラス化ダイナミクスを観測したものと考えられる．このようなノイズ測定に加えて，電気抵抗の時間緩和現象，エックス線散漫散乱測定，比熱測定などを合わせて，本物質に現れる電荷ガラス状態が，強相関電子系における幾何学的電荷フラストレーションを内在する縮退状態が量子効果により融けた無数の準安定状態として現れていることを明らかにした．本成果は，ガラス研究の電子系への拡張として高く評価され，高インパクトな雑誌(Science)に掲載された．さらに国際会議での招待講演となるほか，掲載誌関連のトピックス紹介や新聞報道されるなど一般にも関心がもたれた．
本課題による抵抗ノイズ計測の開発・実証によって，電荷ダイナミクス・分子構造ダイナミクスが融合した電荷応答，確率共鳴現象の研究に向けた研究手法を確立することができた．

研究成果

• [国際共同研究] ゲーテ大学フランクフルト(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ゲーテ大学フランクフルト
• [雑誌論文] Effects of Disorder on the Pressure-Induced Mott Transition in k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl (2018)
  • 著者名/発表者名: Gati Elena、Tutsch Ulrich、Naji Ammar、Garst Markus、Kohler Sebastian、Schubert Harald、Sasaki Takahiko、Lang Michael
  • 雑誌名: Crystals 巻: 8 ページ: 38～38
  • DOI: 10.3390/cryst8010038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum-disordered state of magnetic and electric dipoles in an organic Mott system (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimozawa M.、Hashimoto K.、Ueda A.、Suzuki Y.、Sugii K.、Yamada S.、Imai Y.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Naka M.、Ishihara S.、Mori H.、Sasaki T.、Yamashita M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 1821-1～6
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01849-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystallization and vitrification of electrons in a glass-forming charge liquid (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki S.、Hashimoto K.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Nishio Y.、Ikemoto Y.、Moriwaki T.、Yoneyama N.、Watanabe M.、Ueda A.、Mori H.、Kobayashi K.、Kumai R.、Murakami Y.、Muller J.、Sasaki T.
  • 雑誌名: Science 巻: 357 ページ: 1381～1385
  • DOI: 10.1126/science.aal3120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fine-tuning the Mott metal-insulator transition and critical charge carrier dynamics in molecular conductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Muller Jens、Hartmann Benedikt、Sasaki Takahiko
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 97 ページ: 3477～3494
  • DOI: 10.1080/14786435.2017.1296200
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dimer-Mott and charge-ordered insulating states in the quasi-one-dimensional organic conductors delta'_P and delta'_C-(BPDT-TTF)2ICl2 (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Kobayashi, K. Hashimoto, N. Yoneyama, K. Yoshimi, Y. Motoyama, S. Iguchi, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, H. Taniguchi, and T. Sasaki.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 115112-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.115112
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles investigation of local structure deformation induced by x-ray irradiation in k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br. (2017)
  • 著者名/発表者名: L. Kang, K. Akagi, K. Hayashi and T. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 214106-1～7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.214106
  • 査読あり
• [学会発表] Crystallization and Vitrification of π-Electrons in a Geometrically Frustrated Charge-Ordered System (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hashimoto
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電荷－スピン－格子の多自由度性と乱れが生み出す物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所共同利用・共同研究ワークショップ「多自由度・多階層性が協奏する物質材料システムの科学」
  • 招待講演
• [学会発表] BEDT-TTF系電荷秩序絶縁体へのエックス線照射効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [備考] 東北大学金属材料研究所低温電子物性学研究部門
  • URL: http://cond-phys.imr.tohoku.ac.jp/