分子性強相関電子系における量子液体の探索と理解

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06346
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 加藤 礼三 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (80169531)
• 研究分担者: 田嶋 尚也 東邦大学, 理学部, 教授 (40316930)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 分子性固体

研究実績の概要

・熱伝導率は、量子スピン液体の基底状態を解明する上で重要な物理量である。量子スピン液体EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2の熱伝導率は、大きな値とギャップレス的振舞いで特徴付けられると2010年に報告されたが、2019年にこれを否定する結果が報告された。この熱伝導率測定データの不一致の原因として、「2種類の結晶の存在」と「熱伝導率の冷却速度依存性」が提案されたが、注意深い実験を行い、これらに否定的な結果を得た。この問題に最終的な決着をつけるための実験を検討している。
・昨年度、有機ディラック電子系α-(BEDT-TTF)2I3の電子相関効果を圧力で制御することにより、質量ゼロのディラック電子系から電荷秩序相への量子相転移現象を見出した。 本年度は、この量子相転移現象を詳細に調べた。驚くべきことに、ディラック電子が質量ゼロの性質を保ったまま量子相転移を起こすことを初めて明らかにした。
・単一成分分子性ディラック電子系[Pt(dmdt)2]に関して強結合近似計算を用いてディラックコーンの生成機構を明らかにして、ディラック電子系を得やすい分子配列（stretcher bond配列）を提案した。
・量子スピン液体の候補物質を薄膜デバイスとし、電気二重層トランジスタを作製した。トランジスタ機構によるフィリング制御と、フレキシブル基板の歪み調整機構によるバンド幅制御とを組み合わせて、量子スピン液体周辺の電子相を探索した。その結果、量子スピン液体に対してドーピングを行うと、電子ドープでもホールドープでもBad metal相および超伝導相が現れることが明らかとなり、それぞれの量子液体が相図上で互いに接していることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] レンヌ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: レンヌ大学
• [国際共同研究] アンジェ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: アンジェ大学
• [国際共同研究] バーミンガム大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: バーミンガム大学
• [雑誌論文] Conducting chiral nickel(II) bis(dithiolene)complexes: structural and electron transport modulation with the charge and the number of stereogenic centres (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Abherve´, N. Mroweh, T. Cauchy, F. Pop, H. Cui, R. Kato, N. Vanthuyne, P. Alemany, E. Canadell, and N. Avarvari
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 9 ページ: 4119-4140
  • DOI: 10.1039/D1TC00439E
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-Pressure Crystal Structure and Unusual Magnetoresistance of a Single-Component Molecular Conductor [Pd(dddt)2] (dddt = 5,6-dihydro-1,4-dithiin-2,3-dithiolate) (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Cui, H.H.M. Yeung, Y. Kawasugi, T. Minamidate, L.K. Saunders, and R. Kato
  • 雑誌名: Crystals 巻: 11 ページ: 534/1-19
  • DOI: 10.3390/cryst11050534
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced phase switching of the Shubnikov de Haas oscillations in molecular Dirac fermion system α-(BETS)2I3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawasugi, H. Masuda, M. Uebe, H.M. Yamamoto, R. Kato, Y. Nishio, and N. Tajima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: － ページ: －
  • 査読あり
• [雑誌論文] Introducing selenium in single-component molecular conductors based on nickel bis(dithiolene) complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Hachem, H. Cui, R. Kato, O. Jeannin, F. Barriere, M. Fourmigue, and D. Lorcy
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: － ページ: －
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic Structure of a Single-Component Molecular Conductor [Pd(dddt)2] (dddt = 5,6-dihydro-1,4-dithiin-2,3-dithiolate) under High Pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Kato, H. Cui, T. Minamidate, H.H.M. Yeung, and Y. Suzumura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 124706/1-8
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.124706
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electric Transport of Nodal Line Semimetals in Single-Component Molecular Conductors (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzumura, R. Kato, and M. Ogata
  • 雑誌名: Crystals 巻: 10 ページ: 862/1-17
  • DOI: 10.3390/cryst10100862
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantum Phase Transition in Organic Massless Dirac Fermion System α-(BEDT-TTF)2I3 under Pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Unozawa, Y. Kawasugi, M. Suda, H.M. Yamamoto, R. Kato, Y. Nishio, K. Kajita, T. Morinari, and N. Tajima
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 123702/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.123702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal Behavior of Magnetoresistance in Organic Dirac Electron Systems (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Kobara, S. Igarashi, Y. Kawasugi, R. Doi, T. Naito, M. Tamura, R. Kato, Y. Nishio, K. Kajita, and N. Tajima
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 113703/1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.113703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radical Cation Salts of Tetramethyltetrathiafulvalene (TM-TTF) and Tetramethyltetraselenafulvalene (TM-TSF) with ChlorocyananilateBased Anions (2020)
  • 著者名/発表者名: S.A. Sahadevan, A. Abherve, N. Monni, P. Auban-Senzier, H. Cui, R. Kato, M.L. Mercuri, and N. Avarvari
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 20 ページ: 6777-6786
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.0c00873
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-component conductors based on closed-shell Ni and Pt bis(dithiolene) complexes: metallization under high pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Hachem, H. Cui, T. Tsumuraya, R. Kato, O. Jeannin, M. Fourmigue´, and D. Lorcy
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 8 ページ: 11581-11592
  • DOI: 10.1039/d0tc02868a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Presence and absence of itinerant gapless excitations in the quantum spin liquid candidate EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Yamashita, Y. Sato, T. Tominaga, Y. Kasahara, S. Kasahara, H. Cui, R. Kato, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 140407/1-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.140407
  • 査読あり
• [学会発表] π-d電子系の反強磁性共鳴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大島勇吾、Taehoon Lee、Hengbo Cui、南舘孝亮、斎藤洋平、河本充司、松永悟明、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 有機ディラック電子系における量子相転移 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鵜野澤佳成、川椙義高、加藤礼三、西尾豊、梶田晃示、田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] α-(BETS)2I3の異常ホール効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤山茂樹、田嶋尚也、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] α-BETS2I3の基板上薄片結晶における量子振動の観測II (2021)
  • 著者名/発表者名: 川椙義高、上辺将士、片桐将志、田嶋尚也、山本浩史、加藤礼三、西尾豊、梶田晃示
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 高圧下における単一成分分子性導体[Pd(dddt)2]の結晶および電子構造 II (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤礼三、崔亨波、Yeung Hamish、南舘孝亮、Lucy Saunders
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 急冷法による(d8-DMe-DCNQI)2Cuの準安定相の性質とその発現条件 (2021)
  • 著者名/発表者名: 房前勲、園部裕貴、関澤拓也、山本陸、南館孝亮、古川哲也、伊藤哲明、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 白金ジチオレン錯体塩の電子スペクトル (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本貴、内藤俊雄、石川忠彦、沖本洋一、腰原伸也、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Bilayer系分子性導体(ETTM-STF)2BF4の1H-NMR (2021)
  • 著者名/発表者名: 南舘孝亮、平山陽一、伊藤哲明、上辺将士、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] HMTSF-TCNQにおける磁気抵抗とHall効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木俣基、開康一、崔亨波、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 量子スピン液体EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2の単結晶13C NMR (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤山茂樹、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 量子スピン液体EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2における熱伝導率測定データの不一致について II (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤礼三、上辺将士、崔亨波
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 中性-イオン性転移物質TTF-CAの圧力下強誘電相におけるポーラロン (2020)
  • 著者名/発表者名: 須波圭史、竹原陵介、加藤木章浩、宮川和也、堀内佐智雄、加藤礼三、宮本辰也、岡本博、鹿野田一司
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 有機ディラック電子系における量子輸送現象の圧力効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鵜野澤佳成、須田理行、山本浩史、加藤礼三、川椙義高、西尾豊、梶田晃示、田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 有機ディラック電子系の低温問題 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田嶋尚也、小原遼太郎、鵜野澤佳成、加藤礼三、川椙義高、西尾豊、梶田晃示
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 有機ディラック電子系の面内磁気抵抗効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小原遼太郎、土居龍生、内藤俊雄、田村雅史、加藤礼三、川椙義高、西尾豊、梶田晃示、田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 常圧二次元ディラック電子系α-(BETS)2I3の軌道磁性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤山茂樹、前橋英明、崔亨波、圓谷貴夫、小形正男、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 擬1次元Mott絶縁体(ETTM-STF)2Au(CN)2の構造と電子物性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上辺将士、南舘孝亮、崔亨波、加藤礼三
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] α-(BEDT-TTF)2I3の圧力下の電荷秩序転移 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高須康弘、和田浩輝、西尾豊、川椙義高、田嶋尚也、内藤俊雄、加藤礼三、梶田晃示
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 量子スピン液体候補物質κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3に対するひずみ効果と電界効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 櫻糀大仁、川椙義高、上辺将士、田嶋尚也、山本浩史、加藤礼三、西尾豊、梶田晃示
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [備考] 加藤分子物性研究室
  • URL: http://www2.riken.jp/lab-www/molecule/index.html