有機強相関電子デバイスによる伝導性と磁性の制御

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00891
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 山本 浩史 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (30306534)
• 研究分担者: 川椙 義高 東邦大学, 理学部, 講師 (40590964)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 超伝導 / スピントロニクス / キラリティ / 電界効果トランジスタ

研究実績の概要

２０２２年度は強相関電子系であるκ-(BEDT-TTF)_2Cu_2（CN)_3を用いた電界効果デバイスの作製に成功し、基板曲げによる実効的圧力と電気二重層トランジスタによるキャリアドーピングの同時制御による電場誘起超伝導相を確認した。その結果、量子スピン液体の候補とされる絶縁性磁性相と超伝導相がバンドフィリング制御によっても隣接していることが明らかとなった。また、キラルなモット絶縁体を用いたスピントロニクスにおいて大きな進展があった。すなわち、キラルな強相関電子系であるκ-(BEDT-TTF)_2Cu(NCS)_2について、純良薄膜単結晶を用いて強磁性電極を付けた薄膜デバイスを作製し、これを交流励起することで、強磁性電極表面に蓄積したスピンを直流電圧として観測することに成功した。電極の磁化を角度変化させながら電圧測定を行ったところ、蓄積したスピンの向きを決定することも可能となり、単結晶内でのスピン偏極方向分布を明らかにした。その結果、生成されたスピン偏極は、結晶の上下で反平行となっていることが確認された。さらにこのスピン偏極がEdelstein効果によって生じたと仮定すると、得られた信号強度は１，０００倍ほど過大であることが明らかとなった。したがって、今回のスピン偏極はEdelstein効果とは異なる効果が働いていると考えられ、軽元素分子であっても巨大スピン偏極を生み出すCISS (Chirality Induced Spin Selectivity)効果との関連が強く示唆される結果となった。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] 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] VISTEC(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: VISTEC
• [雑誌論文] Giant spin polarization and a pair of antiparallel spins in a chiral superconductor (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakajima R.、Hirobe D.、Kawaguchi G.、Nabei Y.、Sato T.、Narushima T.、Okamoto H.、Yamamoto H. M.
  • 雑誌名: Nature 巻: 613 ページ: 479～484
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05589-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent Interlayer Coupling in Quasi-Two-Dimensional Dirac Fermions in α-(BEDT-TTF)2I3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Tajima Naoya、Kawasugi Yoshitaka、Morinari Takao、Oka Ryuhei、Naito Toshio、Kato Reizo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 013703/1-2
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.013702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chasing the spin gap through the phase diagram of a frustrated Mott insulator (2023)
  • 著者名/発表者名: Pustogow A.、Kawasugi Y.、Sakurakoji H.、Tajima N.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 1960/1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37491-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observations of ν = 1 Quantum Hall Effect and Inter-Band Effects of Magnetic Fields on Hall Conductivity in Organic Massless Dirac Fermion System α-(BETS)2I3 under Pressure (2023)
  • 著者名/発表者名: Iwata Kazuyuki、Koshiba Akito、Kawasugi Yoshitaka、Kato Reizo、Tajima Naoya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 053701/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.053701
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Definition of Chirality and Enantioselective Fields (2022)
  • 著者名/発表者名: Kishine Jun‐ichiro、Kusunose Hiroaki、Yamamoto Hiroshi M.
  • 雑誌名: Israel Journal of Chemistry 巻: 62 ページ: e202200049/1-10
  • DOI: 10.1002/ijch.202200049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical Conductivity Spectra of Charge-Crystal and Charge-Glass States in a Series of θ-Type BEDT-TTF Compounds (2022)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Kenichiro、Kobayashi Ryota、Ohkura Satoshi、Sasaki Satoru、Yoneyama Naoki、Suda Masayuki、Yamamoto Hiroshi M.、Sasaki Takahiko
  • 雑誌名: Crystals 巻: 12 ページ: 831～831
  • DOI: 10.3390/cryst12060831
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chirality-induced spin filtering in pseudo Jahn-Teller molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: Kato Akihito、Yamamoto Hiroshi M.、Kishine Jun-ichiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 195117/1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.195117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of the charge-crystal and charge-glass state in geometrically frustrated organic conductors studied by fluctuation spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Thomas Tatjana、Thyzel Tim、Sun Hungwei、Muller Jens、Hashimoto Kenichiro、Sasaki Takahiko、Yamamoto Hiroshi M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 205111/1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.205111
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Narrow Zero Mode in Organic Massless Dirac Electron System α-(BEDT-TTF)2I3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Mori Ayano、Kawasugi Yoshitaka、Doi Ryusei、Naito Toshio、Kato Reizo、Nishio Yutaka、Tajima Naoya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 045001/1-2
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.045001
  • 査読あり
• [学会発表] Chiral Metals and Superconductors for Spin Generation (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamamoto
  • 学会等名: MRS Thailand, Thailand
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機ディラック電子系の低磁場下輸送特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田嶋尚也，川椙義高，岡竜平，内藤俊雄，加藤礼三，西尾豊
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] 曲げ歪みを利用した常圧におけるα-(BEDT-TTF)2I3の絶縁相の抑制II (2023)
  • 著者名/発表者名: 川椙義高，鈴木遥人，山本浩史，加藤礼三，田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Detection of CISS Effects in Solid State Materials (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamamoto
  • 学会等名: Telluride meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polarized Spins in Chiral Materials (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamamoto
  • 学会等名: Andre Collet meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Symmetry consideration on the CISS effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamamoto
  • 学会等名: Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Current Generation by Chiral Solids (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamamoto
  • 学会等名: GTR Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] キラル材料における電流誘起スピン偏極現象 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本浩史
  • 学会等名: 新世代研究所第3回スピントロニクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 分子性導体を用いたエレクトロニクス・スピントロニクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本浩史
  • 学会等名: 学術振興会産学連携181委員会
  • 招待講演
• [学会発表] Gate- and Strain-induced Phase Transitions in Organic Strongly Correlated Systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Kawasugi, Hirohito Sakurakoji, Jiang Pu, Taishi Takenobu, Hiroshi M. Yamamoto, Reizo Kato, and Naoya Tajima
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] Low Temperature Phases in Organic Massless Dirac Electron System α-(BEDT-TTF)2I3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Naoya Tajima, Yoshitaka Kawasugi, Toshio Naito, Reizo Kato, Yutaka Nishio
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] 電荷秩序絶縁体α-BEDT-TTF2I3の基板上薄片単結晶における電気抵抗率の異方性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川椙義高, 大上達也, 山本浩史, 加藤礼三, 田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会2022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異常 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田嶋尚也, 川椙義高, 岡竜平, 内藤俊雄, 加藤礼三, 西尾豊
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 有機ディラック電子系α-(BETS)2I3の圧力下輸送特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩田和之, 川椙義高, 加藤礼三, 西尾豊, 田嶋尚也
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://yamamoto.ims.ac.jp/