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2011 年度 実施状況報告書

相関電子の結晶化により強誘電分極する有機伝導体の複合体薄膜創成による新機能探索

研究課題

研究課題/領域番号 23550170
研究機関分子科学研究所

研究代表者

山本 薫  分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (90321603)

研究分担者 近藤 隆祐  東京大学, 総合文化研究科, 助教 (60302824)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワード有機伝導体 / 分子性固体 / 強相関電子系 / 強誘電体 / 電子強誘電 / フラストレーション / 非線形光学 / ドメイン
研究概要

ある種の有機伝導体は電子相関による電荷秩序転移によって強誘電的電気分極を発現する。新奇なこの強誘電性転移の機構理解と巨視分極に基づく機能開拓は興味深いテーマであるが,対象となる物質の残留伝導度は不可避的に大きく,分極反転や非線形誘電性の測定には困難が伴われる。こうした課題の解決を目指し,本研究では絶縁性の薄膜試料の作製を行いその誘電特性の評価を行う。薄膜化した試料の誘電特性を議論するには純粋なバルク試料の物性の把握が不可欠である。そのために平成23年度は,これまでに強誘電分極の発生を確認したα’-(BEDT-TTF)2IBr2を対象に,単結晶試料の誘電率測定を試みた。先行する研究においてこの塩を含む2つの強誘電性物質の低周波(1 kHz以下)誘電率を測定した結果,誘電特性は自発分極特性をしめさない電荷秩序物質と実質的に等価であった。本研究では,強誘電性分極と関連する異常物性に注目する立場から,周波数のより高い(マイクロ波)領域での特性を調べた。この物質の電荷秩序相は,反強誘電相(TAFE=206 K)から強誘電相(TFE=160 K)へと,基底状態の競合を示唆する変遷を示す。予備的測定の結果,反強誘電性転移点以下(T < TAFE)において,10 kHz以下で顕著な周波数分散をしめす大きな誘電率が観測された。この緩和的信号は温度低下に従って減少するが,強誘電性転移点であるTFEに特別なアノマリーを示さないことから,巨視分極とは関係しない,欠陥等への電荷蓄積に対応する誘電応答であると示唆される。その一方で,10 kHz以上の誘電率はTAFEからTFEにかけて平坦なプラトーを形成した。このような誘電性は強誘電体におけるドメイン構造のような大きさの一定しない巨視的構造がしめす特性と理解されており,反強誘電相において何らかのドメイン構造が発生していることが示唆される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究の主目的は薄膜化した試料の誘電物性測定にあるが,その評価のために必須な純粋な単結晶の物性測定が実験的に難しくかつデータの解釈が難解であるために時間を要しているため。

今後の研究の推進方策

現在,誘電物性の専門研究者と連携して単結晶試料の誘電測定とデータの理解の経験を蓄積している。この経験をもとに,平成24年度は,自前の測定装置を構築し,真空蒸着試料や,高分子複合体薄膜試料を作製して,薄膜試料の誘電測定に着手する。

次年度の研究費の使用計画

研究初年度の平成23年度よりα’-(BEDT-TTF)2IBr2塩単結晶の誘電率測定を開始した。誘電体研究の専門家と共同で行ったこの測定により,誘電体測定の実践的な基礎知識が習得できたので,これを元に平成24年度は,自らの研究場所に測定装置を構築する。本装置は,単結晶だけでなく薄膜形態の試料に対しても適用できるよう汎用性に配慮し,浮遊容量をさけつつ,十分な低温まで試料冷却が行えるように設計する。研究費の主要な部分は,この装置の冷却システムの構築とLCRメータ部品の購入に充当する。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (13件)

  • [雑誌論文] Charge Transport in Charge-Ordered States of Two-Dimensional Organic Conductors, α-(BEDT-TTF)2I3 and α’-(BEDT-TTF)2IBr22012

    • 著者名/発表者名
      Kodama, K.; Kimata, M.; Yamakuchi Takahide; Kurita, N.; Harada, A.; Satsukawa, H., Terashima, T.; Uji, S.; Yamamoto, K.; Yakushi, K.
    • 雑誌名

      JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN

      巻: 81 ページ: 044703

    • DOI

      10.1143/JPSJ.81.044703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] E-mv coupling of vibrational overtone in organic conductors: Relationship to optical nonlinearities and ferroelectricity2012

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, K.; Kowalska, A. A.; Yue, Y.; Yakushi, K.
    • 雑誌名

      PHYSICA B

      巻: 407 ページ: 1775-1778

    • DOI

      10.1016/j.physb.2012.01.027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin dynamics of charge carriers in the process of their localization in α’-(BEDT-TTF)2IBr2 single crystals2011

    • 著者名/発表者名
      Morgunov, R. B.; Dmitriev, A. I.; Chernen’kaya, A. S.; Yakushi, K.; Yamamoto, K., Tanimoto, Y.
    • 雑誌名

      JOURNAL OF EXPERIMENTAL AND THEORETICAL PHYSICS

      巻: 111 ページ: 857-864

    • DOI

      10.1134/S1063776110110166

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibronic activation of molecular vibrational overtones in the infrared spectra of charge-ordered organic conductors2011

    • 著者名/発表者名
      Kamamoto, K.; Kowalska, A. A.; Yue, Y.; Yakushi, K.
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 84 ページ: 064306

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.064306

    • 査読あり
  • [学会発表] α'-(BEDT-TTF)2IBr2の電子強誘電性と逐次相転移

    • 著者名/発表者名
      山本 薫,Aneta A. Kowalska,売市幹夫,薬師久弥,渡邉真史,玄 知奉,山下淳史,野田幸男,小林賢介,熊井玲児
    • 学会等名
      日本化学会第92回春季年会
    • 発表場所
      慶応大学三田キャンパス (東京都)
    • 年月日
      平成24年3月28日
  • [学会発表] 有機伝導体α'-(BEDT-TTF)2IBr2の電子型強誘電相転移

    • 著者名/発表者名
      山本 薫, Aneta Aniela Kowalska, 売市 幹大,薬師 久弥
    • 学会等名
      第59回応用物理学会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス(東京都)
    • 年月日
      平成24年3月18日
  • [学会発表] 擬一次元有機伝導体 (TMTTF)2X 塩の静水常圧下顕微 SHG 観測

    • 著者名/発表者名
      山本 薫,河本充司,松永悟明,野村一成,薬師久弥
    • 学会等名
      新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第6回 領域会議
    • 発表場所
      仙台岩沼屋(宮城県)
    • 年月日
      平成24年 1月 5日
  • [学会発表] Successive Ferroelectric Transitions in a’-(BEDT-TTF)2IBr2 Studied by Second-Harmonic Generation under Hydrostatic Pressures

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, A. A. Kowalska, M. Uruichi, K. Yakushi, C. Hyon, M. Watanabe, Y. Noda, and R. Kondo
    • 学会等名
      9th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets (ISCOM 2011)
    • 発表場所
      Collegium Europaeum Gnesnense, the Adam Mickiewicz University of Poznań (Gniezno, Poland)
    • 年月日
      平成23年9月25日
  • [学会発表] Nonlinear optical study of ferroelectric organic conductors

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Yamamoto
    • 学会等名
      International Research School and Workshop on Electronic Crystals ECRYS-2011(招待講演)
    • 発表場所
      The Insitute of Sci. Studies (Cargese, France)
    • 年月日
      平成23年8月19日
  • [学会発表] 電荷秩序による分子振動倍音の赤外活性化と非線形光学特性

    • 著者名/発表者名
      山本 薫
    • 学会等名
      新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」第5回領域会議
    • 発表場所
      東京大学工学部6号館(東京都)
    • 年月日
      平成23年6月8日
  • [学会発表] 有機伝導体の新機能 電子分極型の強誘電性

    • 著者名/発表者名
      山本 薫
    • 学会等名
      有機固体若手の会2011冬の学校(招待講演)
    • 発表場所
      定山渓ビューホテル (北海道)
    • 年月日
      平成23年12月17日
  • [学会発表] 有機伝導体の新機能電子型強誘電性への分光学的アプローチ

    • 著者名/発表者名
      山本 薫
    • 学会等名
      豊田理化学研究所分子科学セミナー 「有機伝導体研究の現在とスピンオフ」(招待講演)
    • 発表場所
      豊田理化学研究所(愛知県)
    • 年月日
      平成23年12月10日
  • [学会発表] Frustrated Ferroelectric Charge Ordering in α'-(BEDT-TTF)2IBr2

    • 著者名/発表者名
      山本 薫
    • 学会等名
      MDF Int. Mini-Workshop: Development of Mol. Degree of Freedom towards Novel Functionality
    • 発表場所
      神戸タワーホテル(兵庫県)
    • 年月日
      平成23年11月26日
  • [学会発表] SHG顕微鏡観測による有機伝導体の強誘電性電荷秩序 Electronic Ferroelectricity in Organic Conductors Studied by Optical SHG Microscopy

    • 著者名/発表者名
      山本 薫,岩井伸一郎,薬師久弥
    • 学会等名
      第5回物性科学領域横断研究会「凝縮系科学の最前線」
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所(宮城県)
    • 年月日
      平成23年11月20日
  • [学会発表] 擬一次元有機伝導体(TMTTF)2X (= SbF6, AsF6)塩の静水圧下顕微SHG観測

    • 著者名/発表者名
      山本 薫, 河本充司,松永悟明,野村一成, 薬師久弥
    • 学会等名
      金研研究会「電子自由度による強誘電体最前線」
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所(宮城県)
    • 年月日
      平成23年11月1日
  • [学会発表] 光学SHG観測による(TMTTF)2X (= SbF6, AsF6)塩の自発電気分極特性

    • 著者名/発表者名
      山本 薫,河本充司,松永悟明,野村一成,薬師久弥
    • 学会等名
      新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」班会議
    • 発表場所
      東京大学工学部6号館(東京都)
    • 年月日
      平成23年10月12日
  • [学会発表] (TMTTF)2X (= SbF6, AsF6) の静水常圧下光学SHG測定

    • 著者名/発表者名
      山本 薫,河本充司,松永悟明,野村一成, 薬師久弥
    • 学会等名
      日本物理学会 平成 23 年 秋季大会
    • 発表場所
      富山大学五幅キャンパス(富山県)
    • 年月日
      平成23年 9月23日

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公開日: 2013-07-10  

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