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2017 年度 実施状況報告書

分子ダイマー構造が創出する新奇な電気磁気効果の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 16K17731
研究機関早稲田大学

研究代表者

中 惇  早稲田大学, 高等研究所, 講師 (60708527)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードマルチフェロイクス / 有機導体 / 分子性固体 / 強相関電子系
研究実績の概要

分子性固体における新規な電気磁気現象の開拓を目的として、以下の研究を行った。1) κ型BEDT-TTF塩において従来議論されてきた金属相と反強磁性モット絶縁体相に加えて、強誘電電荷秩序相を考慮した基底状態相図を変分モンテカルロ法により調べた。その結果、電荷秩序相と反強磁性モット相の中間に出現する金属相においては、スピン揺らぎに比べてダイマー内の電気双極子揺らぎが大きく発達することを明らかにした。これはκ型BEDT-TTF塩における超伝導発現の微視的起源を再考察する必要性を示唆する結果である。この成果はJournal of the Physical Society of Japan誌にLetter論文として掲載された。2) 水素結合を有する分子性ダイマーモット系κ-H3(Cat-EDT-TTF)2を対象として、基底状態ならびに励起状態におけるプロトン-電子間相互作用の効果を包括的に調べた。ダイマーモット系の光学スペクトルに見られる典型的な二つの電子励起(ハバード励起とダイマー励起)のエネルギーが、プロトン-電子結合と量子的なプロトン・トンネルによって大きく変化することを見出した。これは水素-電子間相互作用の大きさを実験的に見積もるための一つの有力な手段を与える。この成果を論文にまとめて投稿した。また、この物質の特異な量子液体状態の発現には、水素結合内のプロトン(電荷)揺らぎが重要な働きをすることを実験系研究者と共同研究により明らかにした。この成果はNature Communicationsに掲載された。3) 固体酸素の電気磁気現象の研究を開始した。分子軌道自由度ならびに分子回転自由度を取り入れた有効モデルを構築し、固体酸素における磁場効果と光学応答の解析に着手した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画に従って、ダイマーモット系における磁性・誘電性について、平均場近似を超えて強相関効果を取り入れた数値解析を行い、強誘電相・反強磁性相近傍の相関金属相の性質について新たな知見が得られた。また、水素結合を含む分子性導体におけるプロトン揺らぎの効果を調べることで、プロトン(電気双極子)と電子スピン(磁気双極子)が量子的にもつれ合った新規量子液体状態の起源を提案した。さらに、新たな分子性固体(固体酸素)の研究にも着手できた。これらの成果は、分子性固体における電気磁気現象の理解と発展に寄与するものであり、おおむね順調な研究状況であると判断できる。

今後の研究の推進方策

固体酸素において報告されている多彩な相競合と空間反転対称性破れの微視的な起源を、群論的考察とモデル計算により調べる。これを基盤として、固体酸素における電気磁気効果の発現可能性を探る。また、昨年度に計画したκ型BEDT-TTF塩の磁性・誘電性に対するスピン軌道結合の効果に関する研究を進める予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Systematic charge distribution changes in Bi- and Pb-3d transition metal perovskites2018

    • 著者名/発表者名
      Azuma Masaki、Sakai Yuki、Nishikubo Takumi、Mizumaki Masaichiro、Watanuki Tetsu、Mizokawa Takashi、Oka Kengo、Hojo Hajime、Naka Makoto
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 47 ページ: 1371~1377

    • DOI

      10.1039/C7DT03244G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetoelectric Effect in a Spin-State Transition System2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Naka, Eriko Mizoguchi, Joji Nasu, and Sumio Ishihara
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 印刷中 ページ: 未定

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin and Charge Fluctuations near Metal?Insulator Transition in Dimer-Type Molecular Solid2017

    • 著者名/発表者名
      Sato Naomichi、Watanabe Tsutomu、Naka Makoto、Ishihara Sumio
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 ページ: 053701~053701

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.053701

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum-disordered state of magnetic and electric dipoles in an organic Mott system2017

    • 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: 1821-1~1821-6

    • DOI

      10.1038/s41467-017-01849-x

    • 査読あり
  • [学会発表] Theory of valence transition in perovskite-type transition metal oxides with A-site valence skipping elements2018

    • 著者名/発表者名
      M. Naka
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Negative Thermal Expansion and Related Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 固体酸素における強磁場・高圧下の電子状態と光学応答2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤直道, 中惇, 石原純夫
    • 学会等名
      2017年度日本物理学会春季大会
  • [学会発表] Novel Proton-Electron Coupled State in an Organic Molecular Solid kappa-X3(Cat-EDT-TTF)22017

    • 著者名/発表者名
      M. Naka, S. Ishihara
    • 学会等名
      28th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] 固体酸素における強磁場下の分子・電子状態2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤直道, 中惇, 石原純夫
    • 学会等名
      2017年度日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] Electronic State and Charge Excitation in Proton-Electron Coupled System2017

    • 著者名/発表者名
      M. Naka, S. Ishihara
    • 学会等名
      12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Super Conductors and Magnets
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic and Molecular Structures of Solid Oxygen2017

    • 著者名/発表者名
      N. Sato, M. Naka, S. Ishihara
    • 学会等名
      12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Super Conductors and Magnets
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic State and Charge Excitation in Proton-Electron Coupled System2017

    • 著者名/発表者名
      M. Naka
    • 学会等名
      New Frontier of Molecular Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] π電子-プロトン結合系の電子状態と光学応答2017

    • 著者名/発表者名
      中惇
    • 学会等名
      金研WS「多自由度が協奏する分子システムの科学」
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体酸素における電子・分子状態と光学応答2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤直道, 中惇, 石原純夫
    • 学会等名
      金研WS「多自由度が協奏する分子システムの科学」

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公開日: 2018-12-17  

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