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本研究では、水素ダイナミクスと結合したπ電子系の電荷ダイナミクスをノイズ測定や誘電応答測定から検出することを目的として研究を行っている。これまでの研究により、二次元三角格子構造を有する分子性モット絶縁体κ-H3(Cat-EDT-TTF)2に加えて、分子末端部を化学修飾した類縁体κ-H3(Cat-EDT-d4-TTF)2およびエチレンジセレノ(EDSe)基を有する類縁体κ-H3(Cat-EDSe-TTF)2において、有機分子上のπ電子が、有機分子間に存在する水素結合中のプロトン自由度と連動することで実現する新奇な量子スピン液体状態を見い出すことに成功した。具体的には、誘電率測定および磁化率測定を極低温まで行い、この物質において、量子常誘電性と量子常磁性が共存した新しい量子液体状態が実現していることを明らかにしている。本研究により見出されたプロトン自由度による量子スピン液体状態は、電荷や軌道といった電子自由度とも、乱れによる構造自由度とも異なる、いわば第三の自由度に基づく量子スピン液体状態である言える。
今年度は、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2の光学伝導度測定を行った。その結果、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2では、特徴的な2つのピーク構造が観測されることを明らかにした。この結果を、バンド計算の結果と比較することで、一つはモット励起に対応し、もう一つはダイマー励起に対応するものであることが分かった。これら2つの電子遷移は、ダイマーモット絶縁体に特徴的なものであり、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2では、π電子系の電荷ダイナミクスがモット絶縁体の枠組みでよく理解できることが分かった。
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