分子性結晶の電子間相互作用およびスピン自由度に起因する新規伝導現象の解明と探索

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22740237
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 山口 尚秀 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導線材ユニット, 主任研究員 (70399385)
• キーワード: 分子性結晶 / 非線形伝導 / 電荷秩序 / 巨大磁気抵抗 / スピン依存伝導 / 誘電率 / 電子間クーロン相互作用 / 量子トンネル効果

研究概要

分子性結晶における強電場効果およびスピン依存伝導現象を調べるため、前年度に引き続きサブミクロンスケールの微小電極を用いた伝導測定を行った。結晶表面の劣化を避けるため、FIB加工したメタルマスクを用いた微小電極形成を行った。電極間隔の異なる複数の試料で低温非線形伝導特性を測定し、バルク試料の特性との比較を行った。バルクのtheta-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4では磁場の方位に依らない大きな磁気抵抗が観測される。微小電極を用いて測定すると、電極間隔を狭くするにつれて磁気抵抗効果が大きく減少することがわかった。この結果は、磁気抵抗が電荷秩序のドメイン境界に存在する局在スピンに起因するという機構と矛盾しない。これらの成果を日本物理学会2011年秋季大会で発表した。
また、電荷秩序を示すalpha-(BEDT-TTF)2I3やalpha'-(BEDT-TTF)2IBr2の低温における非線形伝導および誘電特性を詳細に調べた。電荷秩序系theta-(BEDT-TTF)2MZn(SCN)4(M=Cs,Rb)やモット絶縁体kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clと同様に、束縛電子ホール対のダイナミクスによって面内非線形伝導、誘電特性を説明できた。また、低温における温度に依存しない非線形伝導特性を、量子トンネル効果による電子ホール対の解離として説明した。これらの成果をJ.Phys.Soc-Jpn.誌に発表した。さらに、低温量子トンネル領域でマイクロ波を照射すると、束縛電子ホール対の量子状態を反映した構造が電流電圧特性に現れると予想される。0.5Kまでの低温、260GHzまでのマイクロ波を印加した状態で伝導・誘電特性を測定できるシステムを構築し、電流電圧特性を詳しく調べた。

研究成果

• [雑誌論文] Charge Transport in Charge-Ordered States of Two-Dimensional Organic Conductors, alpha-(BEDT-TTF) 2I3 and alpha'-(BEDT-TTF) 2IBr2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Kota Kodama, Motoi Kimata, Yamaguchi Takahide, Nobuyuki Kurita, Atsushi Harada, Hidetaka Satsukawa, Taichi Terashima, Shinya Uji, Kaoru Yamamoto, Kyuya Yakushi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 ページ: "044703-1"-"044703-7"
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.044703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional superconductivity in the layered organic superconductor kappaH-(DMED0-TSeF)2[Au(CN)4](THF) with thick dielectric insulating layers (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Kawamoto, Takehiko Mori, Yamaguchi Takahide, Taichi Terashima, Shinya Uji, Takashi Shirahata, Tatsuro Imakubo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 ページ: "014504-1"-"014504-6"
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.014504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly nonlinear current-voltage characteristics of the organic Mott insulator kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]C] (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Takahide, Motoi Kimata, Kouta Kodama, Taichi Terashima, Shinya Uji, Megumi Kobayashi, Hiroshi M.Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 ページ: "035129-1"-"035129-7"
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.035129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi surface and interlayer transport in the two-dimensional magnetic organic conductor (Me-3, 5-DIP) [Ni(dmit)2]2 (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Hazama, S.Uji, Yamaguchi Takahide, M.Kimata, H.Satsukawa, A.Harada, T.Terashima, Y.Kosaka, H.M.Yamamoto, R Kato
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 ページ: "165129-1"-"165129-9"
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.83.165129
  • 査読あり
• [学会発表] Charge dynamics in Mott-insulating and charge-ordered organic crystals : a possibility of Kosterlitz-Thouless metal-insulator transition (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Takahide, Tohru Watanabe, Yoshihiko Takano, Kouta Kodama, Shinya Uji, Hiroshi M.Yamamoto
  • 学会等名: American Physical Society March meeting 2012
  • 発表場所: Boston Convention Center, Boston, USA
  • 年月日: 2012-02-27
• [学会発表] Charge transport of insulating organic crystals measured with sub-micron electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Takahide, Tohru Watanabe, Yoshihiko Takano, Kouta Kodama, Shinya Uji, and Hiroshi M. Yamamoto
  • 学会等名: International Conferentce of New Science Created by Materials with Nano Spaces
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai
  • 年月日: 20111123-26
• [学会発表] BEDT-TTF系分子性結晶の微小領域伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山口尚秀、渡邊徹、高野義彦、小玉恒太、宇治進也、山本浩史
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学、富山
  • 年月日: 2011-09-21
• [備考]
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/YAMAGUCHI_Takahide-j.html
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/NFM/member/yamaguchi/index_j.html