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2022 年度 実績報告書

電子定常流下の物性物理の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 22H01184
配分区分補助金
研究機関東京理科大学

研究代表者

伊藤 哲明  東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 教授 (50402748)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード非平衡電子物性
研究実績の概要

試料に定常電流を印加した状態においてのNMR測定を可能とするNMRプローブ、ならびに装置系を新たに開発・構築し、これを稼働させることに成功した。この測定系を用い、金属-絶縁体転移を示す有機伝導体(DMe-DCNQI)2Cuに、2mAの定常電流を印加した状態での1H-NMR測定を行い、以下の結果を得ることに成功した。

5桁以上にわたり抵抗率が変化する非常に強い1次の金属-絶縁体転移を示す(DMe-DCNQI)2Cuに対し、電流印加下で冷却すると、80K近辺の金属-絶縁体転移温度より低温で、金属と絶縁体の中間的な抵抗値を示す非平衡定常状態が実現することを見出していた。この系に対し、室温から5Kまでの温度域で、2mA定常電流印加下の1H-NMR測定を行い、スピン‐格子緩和曲線を得た。これを解析することにより、この非平衡定常状態においては、金属相と絶縁体相が空間的に自己組織化した相分離が生じている状況であることを明らかとすることに成功した。このような流れ印加下の非平衡開放系における空間的組織化構造は、「散逸構造」という観点で議論できる可能性がある。空間的組織化構造を示す「散逸構造」の概念は、非平衡熱力学の枠組みの中で、ベナール対流や地球の大気構造など様々な例が議論されてきているが、電子系での実現可能性を論じている議論は今までほぼ存在しない。本研究成果は、「電子系における散逸構造」という新概念が実現している可能性を見出すものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究課題は、電流印加下という非平衡状態における電子物性の開拓を行うものである。その中で、平衡から遠く離れた非線形領域における現象は取り扱いが難しく、電子物性における確立した議論は存在しなかった。一方で、非平衡熱力学の学問体系の中では、このような非線形領域においては、時空間的な一様解が不安定化し、時間的・空間的な構造化が現れることが知られており、これは「散逸構造」として議論されていた。
本研究実績により、電子系における散逸構造の発現の可能性が初めて見いだされた。これは当初の研究計画策定の時点では予期していなかった成果であり、「電子物性物理」と「非平衡熱力学」という独立分野をつなぐ新分野開拓となる可能性があるという意味で、「当初の計画以上に進展している」と判断できる。

今後の研究の推進方策

●(DMe-DCNQI)2Cuで観測された自己組織化電子状態について、散逸構造の観点からのより詳細な議論を進展する。
具体的には、電流印加下の1H-NMR測定を進め、
1)そのスピン‐格子緩和曲線から、金属/絶縁体の自己組織化相分離構造のそれぞれの体積分率を温度の関数として求める。
2)散逸構造においては、ベナール対流の例が示すように、温度効果が重要な役割を果たす。既存の物性物理においては電流による発熱は本質的でない効果として顧みられないことが多かったが、「電子の散逸構造」の観点からは発熱が重要な役割を果たしている可能性がある。1H-NMRのスペクトル強度から、試料の温度をダイレクトに求め、試料周辺環境温度との比較を行い、発熱の果たす物理的描像を明らかとする。

●空間反転の破れた系で実現する可能性のある電流誘起磁性を、物質群を広げ探索を行う。その可能性を探るべく、有機-無機ハイブリッドペロブスカイト物質群等にスコープを拡張し、第一原理バンド計算、並びにそれをベースにしたボルツマン方程式からの電流誘起磁性の数値計算を行う。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022

すべて 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] (d7-DMe-DCNQI)2Cuにおける大電流印加下で発現する新奇非平衡状態のNMR測定Ⅱ2023

    • 著者名/発表者名
      多田圭太朗, 本橋亮, 鈴木雄介, 伊藤哲明, 森春仁, 大池広志, 賀川史敬, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] bilayer系物質(ETTM-STF)2BF4の1H-,19F-,77Se-NMRの総合報告2023

    • 著者名/発表者名
      春藤秀, 西念諒人, 渡辺裕也, 南舘孝亮, 伊藤哲明, 上辺将士, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] (DMe-DCNQI-d8)2Cuにおける電流誘起伝導状態の安定性解析:内因性と外因性2023

    • 著者名/発表者名
      森春仁, 岩本直大, 大池広志, 賀川史敬, 鈴木雄介, 伊藤哲明, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] NMRで見たbilayer系物質(ETTM-STF)2BF4の常圧構造物性・電子物性2023

    • 著者名/発表者名
      渡辺裕也, 西念諒人, 春藤秀, 南舘孝亮, 伊藤哲明, 上辺将士, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] ポーラー結晶CdSeにおけるベリー曲率の計算及び非線形異常ホール効果のdc・ac測定による検証2023

    • 著者名/発表者名
      三村勇太, 大島碩人, 沼尻直人, 秋本慎之介, 伊藤哲明
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] (d8-DMe-DCNQI)2Cuにおける大電流印可下で発現する非平衡状態のNMR測定2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木雄介, 多田圭太郎, 本橋亮, 房前勲, 伊藤哲明, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [学会発表] (DMe-DCNQI-d8)2Cuにおける電流誘起伝導状態の安定性2022

    • 著者名/発表者名
      森春仁, 大池広志, 賀川史敬, 房前勲, 鈴木雄介, 伊藤哲明, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [学会発表] ポーラー結晶CdSeにおけるベリー曲率由来の非線形異常ホール効果の検証2022

    • 著者名/発表者名
      大島碩人, 沼尻直人, 三村勇太, 秋本慎之介, 伊藤哲明
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [学会発表] カイラル構造を持つ単体Teの電流誘起磁性とその実証2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤哲明
    • 学会等名
      ISSPワークショップ「カイラル物質科学の新展開」
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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