強相関分子性導体の階層的電荷・スピン・格子ダイナミクスの研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287080
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐々木 孝彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20241565)
• 研究分担者: 橋本 顕一郎 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00634982) ; 松浦 直人 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科, 東海事業センター, 副主任研究員 (30376652) ; 井口 敏 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50431789) ; 河村 聖子 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター, 任期付研究員 (70360518) ; 米山 直樹 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (80312643)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 分子性有機導体 / 電荷ガラス

研究実績の概要

本年度の主要な成果としては，電荷秩序絶縁体状態を示すθ-(BEDT-TTF)2TlZn(SCN)4において，金属－電荷秩序絶縁体転移の近傍において電気抵抗の長時間緩和現象を見出し，電荷が急冷下の準安定状態においてガラス的に凍結することを明らかにした．加えてこの電荷ガラス状態についてエックス線散乱解析，比熱，電気抵抗ノイズ，赤外反射分光などの多様な時間スケールを有するプローブによる実験観測を行い，電荷ガラス形成と結晶化過程の電荷ダイナミクスに関しての知見を得ることができた．この電荷ガラス状態については，理論考察から電子間クーロン相互作用による幾何学的なフラストレーションを起源とするものであり強相関電子系の特徴が表れた電荷のガラス化，また結晶絶縁体化過程を明らかにしたものとしての意義がある．
このようなクーロン相互作用が働いている電荷自由度と電子スピンや分子格子との結合について探るために，β’-(BEDT-TTF)2ICl2およびκ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clの中性子散乱実験をJ-PARCおよびドイツガーヒングのFRM-IIにおいて行った．この２つの反強磁性ダイマーモット絶縁体状態を基底状態とする電荷移動錯体は，長距離秩序化前の低温で低周波数誘電率の異常として観測される電荷ゆらぎを示す．この電荷またスピンゆらぎと結合した格子系に特徴的なフォノンモードの検出とソフトニング現象の観測を試みた．その結果，電荷ギャップの成長や反強磁性転移温度などに符合する特定フォノンの強度の変化が観測された．このような変化は電荷-スピン-格子が協力的に結合して物性変化をもたらし，それぞれのゆらぎは複合していることを表していることを示唆している．現在詳細なデータ解析を進めている．

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ゲーテ大学（フランクフルト）(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ゲーテ大学（フランクフルト）
• [雑誌論文] Electric-field-induced intradimer charge disproportionation in the dimer-Mott insulator b'-(BEDT-TTF)2ICl2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuma Hattori, Satoshi Iguchi,Takahiko Sasaki, Shinichiro Iwai, Hiromi Taniguchi and Hideo Kishida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 085149-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.085149
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fine-tuning the Mott metal-insulator transition and critical charge carrier dynamics in molecular conductors. (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Mueller, B. Hartmann and T. Sasaki
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1080/14786435.2017.1296200
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast response of plasmalike reflectivity edge in (TMTTF)2AsF6 driven by a 7-fs 1.5-cycle strong-light field. (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Naitoh, Y. Kawakami, T. Ishikawa, Y. Sagae, H. Itoh, K. Yamamoto, T. Sasaki, M. Dressel, S. Ishihara, Y. Tanaka, K. Yonemitsu and S. Iwai.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 165126-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.165126
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Static and dynamic interaction between pi and d electrons in organic superconductor b''-(BEDT-TTF)4[(H3O)Fe(C2O4)3]C6H5Br studied by 13C NMR spectroscopy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ihara, Y. Futami, A. Kawamoto, K. Matsui, T. Goto, T. Sasaki, S. Benmansour and C. J. Gomez-Garcia
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 ページ: 064504-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.064504
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Role of anion ordering and effective pressure in the field-induced spin-density-wave phase of (TMTSF)2X (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Minamidate, N. Matsunaga, K. Nomura and T. Sasaki
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 115 ページ: 37002-1-6
  • DOI: 10.1209/0295-5075/115/37002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breakdown of Hooke's law of elasticity at the Mott critical endpoint in an organic conductor (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Gati, M. Garst, R. S. Manna, U. Tutsch, B. Wolf, L. Bartosch, H. Schubert, T. Sasaki, J. A. Schlueter, M. Lang
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 2 ページ: e1601646-1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1601646
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 新しいアプローチによる電荷制御と物性開拓 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-15 – 2016-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 分子性導体における電子－分子振動結合の観測による電子状態研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム放射光赤外研究会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2016-08-30 – 2016-08-30
• [学会発表] 強相関電子系分子性導体の赤外顕微イメージングによる電荷ダイナミクスの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2016
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2016-08-29 – 2016-08-30
• [学会発表] 分子性物質に発現する本質的不均一電子状態が生み出す物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木孝彦
  • 学会等名: 東京大学物性研短期研究会「パイ電子系物性科学の最前線」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2016-08-09 – 2016-08-10
  • 招待講演
• [備考] 東北大学金属材料研究所低温電子物性学研究部門HP
  • URL: http://cond-phys.imr.tohoku.ac.jp/