高度なソフトマター性と巨大電荷分離を伴う超分子塩化合物の新規な固体物性の開拓

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01862
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中澤 康浩 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60222163)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 熱容量 / 磁気熱量効果 / 電荷分離 / 磁気冷却

研究実績の概要

本研究の目的は、空間的に広がったカチオン性、アニオン性のクラスターユニットが分離積層した構造や、ドナー性、アクセプター性の分子が異なった機能性ネットワークとして形成される電荷分離状態をもつ分子性化合物を対象に、強い分子間相互作用に根差した非平衡性や局所性をもった新しい物性開拓を行うことを目的としている。
アニオン型の骨格をもつM6[Rh4Zn4O(L-cys)12]・nH2O（RhZn系）の組成をもつ配位高分子を基礎構造に、カチオンクラスターの中心となるMサイトを希土類イオンGd3＋に単結晶―単結晶変換で置き換えたカチオンサイトがGd0.33[Gd4(OH)4(OAc)3]のような構造になる。これらの系ではカチオンの磁気クラスターがキュバン構造となり、間隙にはソフトな水分子が集積し超常磁性的な振る舞いを示した。Gd3+が密につまったこの多核ユニットでありながら、キュバンのフラストレーションによる長距離秩序の阻害により、低温まで大きなスピン縮退が残る。そのため、磁場の制御によって、低温で磁場に誘引された大きなエントロピー変化が現れる。磁気熱量効果、磁場中熱容量、磁化率等の測定を行い、磁気エントロピーを定量的な評価する実験を行い、Rh、Irを含んだアニオンフレームの系で、2Kにおいて15.15 Jkg-1K-1,17.49 Jkg-1K-1のエントロピーに相当する磁気冷却効果の発現を確認した。磁場中の熱容量測定からこの値が信頼性が高いことを検証した。
一方で、ドナーとアニオンの層状電荷分離構造をもつ分子性電荷移動錯体であるθ-(BEDT-TTF)2X（Xは1価のアニオン分子）における電荷秩序状態転移の近傍での熱測定を行い、転移の次元性とエントロピーを議論した。また、電荷がガラス状態に凍結すること伴う熱力学的なダイナミクスを作成した高感度交流熱測定によって検出した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

研究成果の一部は、大阪大学理学研究科附属熱・エントロピー科学研究センター、物性物理科学研究室のHPに掲載している。

研究成果

• [国際共同研究] 核物理研究所(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: 核物理研究所
• [国際共同研究] 低温物理・低温工学研究所(ウクライナ)
  • 国名: ウクライナ
  • 外国機関名: 低温物理・低温工学研究所
• [雑誌論文] Anion Correlation-driven organic 3D topological insulator with relativistic fermions (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto, S. Imajo, H. Akutsu, Y. Nakazawa and Y. Kohama
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 14 ページ: 2130 1-7
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37293-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heat Capacity of Poly(N-vinylpyrrolidone) (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikiriyama, K. Kondo, Y. Miyazaki, Y. Sasada, K. Sawada, R. Endo, N. Man, M. Nakano, and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Thermochim. Acta 巻: 722 ページ: 179456 1-14
  • DOI: 10.1016/j.tca.2023.179456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic field induced transition in the charge-glass former θ－(BEDT－TTF)2CsCo(SCN)4 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto, S. Yamashita, H. Akutsu, and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 107 ページ: 085121 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.085121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoelectric, spectroscopic, optical and elastic properties of Co-doped BaTiO3 ceramics (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Bujakiewicz-Koronska, L. Gondek, L. Vasylechko, M. Balanda, E. Juszynska-Galazka, M. Galazka, D. Majda, W. Piekarczyk, A. Zywczak, A. Cizman, M. Sitarz, P. Jelen, W. Salamon, P. Czaja, J. Jedryka, K. Koronski, A. Kalvane, K. Gornicka, E. Markiewicz, S. Yamashita and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 946 ページ: 169344 1-17
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.169344
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal conductivity measurement system for molecules-based compounds available in a wide temperature region (2023)
  • 著者名/発表者名: L. Zhang, T. Nomoto, S. Yamashita, H. Akutsu, A.I. Krivchikov and Y. Nakazawa
  • 雑誌名: Low Temp. Phys. 巻: 49 ページ: 539-544
  • DOI: 10.1063/10.0017814
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pseudogap formation in organic superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Imajo, T. Kobayashi, Y. Matsumura, T. Maeda, Y. Nakazawa, H. Taniguchi, and K. Kindo
  • 雑誌名: Phys. Rev. Mater. 巻: 7 ページ: 124803 1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.124803I.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Thermodynamic properties of molecular dimer Mott system (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: Workshop on Molecular Solid State Science 3月29-30日 (愛媛大学)
• [学会発表] Molecular Superconductors and Their Thermodynamic Properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: The 10th International and 12th China-Japan Joint Symposium on Calorimetry and Thermal Analysis (CATS-2023) (Shandong, China), September 23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hole Doping in the Spin Liquid State of Organic Charge Transfer Complexes (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, T. Nomoto, S. Imajo, S. Yamashita and H. Akutsu
  • 学会等名: 3rd International Advanced Research Workshop Thermal Conductivity of solid states at low temperature (Oct. 25th 2023).
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Heat Capacity Measurements of Non-Ordered Spin States in Dimer-Mott Molecular Compounds (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, E. Yesil, S. Imajo, S. Yamashita, and H. Akutsu
  • 学会等名: The 26th International Conference on Chemical Thermodynamics (ICCT-2023) (Toyonaka (Hybrid)), July 30- August 4
  • 国際学会
• [学会発表] Pd(dmit)2電荷移動塩のスピン液体相と周辺相の熱伝導 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会（仙台），9月16 -19日
  • 招待講演
• [学会発表] 分子性電荷移動塩のMott転移における相境界の熱力学的挙動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中澤康浩，松村祐希，張 路明，今城周作，山下智史，圷 広樹
  • 学会等名: 第59回熱測定討論会（東京)，10月24-26日
• [学会発表] Thermodynamics Related to the Mott-Hubbard Physics in Organic Conductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa
  • 学会等名: Workshop of Research Center for Thermal and Entropic Science (Toyonaka), October 20
  • 国際学会
• [備考] 阪大化学熱学レポート
  • URL: https://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/micro/
• [備考] 物性物理化学研究室
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/nakazawa/