電子型誘電体における新奇な誘電性の探索と発現機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26287070
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 石原 純夫 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30292262)
• 研究分担者: 山内 邦彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00602278) ; 妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 古崎物性理論研究室, 専任研究員 (30415054)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 誘電体 / 電子相関 / 磁性 / 光誘起相転移 / 酸化物 / 有機物

研究実績の概要

(1) 電子型誘電体の候補物質である有機物質kappa-H3(cat-EDT-TTF)の電子状態について調べた。この物質では分子ダイマー内の電子の電荷自由度に加えて、水素結合におけるプロトンの自由度が存在する。これまでに導出した理論模型に基づいて、平均場近似と厳密対角化法を併用し電子状態の相図を完成させた。プロトンの揺らぎにより磁気秩序が抑制されること、ならびに電子間相互作用により強誘電的電荷秩序が生じることを見出した。(2) ダイマー分子構造を有するkappa型BEDT-TTF有機化合物を念頭において、電子相図における電子相関の役割を明らかにした。この系を記述する拡張ハバード模型においては、反強磁性秩序相とダイマー内の電荷分布の偏りによる電気分極相、ならびに金属相の3つの相が競合する。変分モンテカルロ法を用いた解析により電子相関効果を正しく取り扱った結果、相図の広い領域でスピン相関より電荷分極相関が大きいこと、金属絶縁体転移近傍では電荷相関は発達するのに対し、スピン相関はほとんど変化しないことを見出した。またこの系で見いだされている超伝導に対する電荷自由度の役割を明らかにした。(3) 巨大負の熱膨張やサイト間電荷移動を生じることが知られているBiNiO3について第一原理電子状態計算を行い、構造不安定性とBi-6sローンペアとの相関を明らかにした。また、強誘電体BiCoO3やマルチフェロイック物質BiFeO3など他のビスマス遷移金属酸化物についてワニエ関数を用いた解析を行うことにより、強誘電歪みや磁性の微視的起源について包括的な理論研究を行った。格子自由度と結合した拡張ハバード模型の解析によりBiCoO3におけるスピン転移と強誘電手に取の相関について明らかにした。(4) 有機電子誘電体に関するモデル計算を行い、中性イオン性転移系の相競合とドメイン励起について調べた。

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

• [雑誌論文] Phase competition and superconductivity in kappa-(BEDT-TTF)2X: Importance of intermolecular Coulomb interactions (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, H. Seo, S. Yunoki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 033703-1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.86.033703
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influences of Orientation on Magnetoelectric Coupling at La1－xSrxMnO3/BaTiO3 Interface from Ab Initio Calculations (2017)
  • 著者名/発表者名: T.T. Nguyen, K. Yamauchi, T. Oguchi, and N. N. Hoang
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: - ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s11664-016-5277-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic field effects in a correlated electron system with spin-state degree of freedom - Implication of an excitonic insulator - (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tatsuno, E. Mizoguchi, J. Nasu, M. Naka, and S. Ishihara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 083706-1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.083706
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pulse excitation to continuous-wave excitation in a low-dimensional interacting quantum system (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Ono, H. Hashimoto and S. Ishihara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 ページ: 115152-1-8
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.115152
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase diagram and collective excitation in excitonic insulator: from the orbital physics viewpoint (2016)
  • 著者名/発表者名: Joji Nasu, Tsutomu Watanabe, Makoto Naka, Sumio Ishihara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 205136-1-15
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.205136
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced correlated electron dynamics in a two-leg ladder Hubbard system (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hashimoto, and S. Ishihara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 165133-1-10
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.165133
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrafast response of plasma-like reflectivity edge in (TMTTF)2AsF6 driven by 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: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.165126
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase Competition, Solitons, and Domain Walls in Neutral-Ionic Transition Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Tsuchiizu, H. Yoshioka, H. Seo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 104705-1-10
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.104705
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, G.S. Tucker, J. Martius, T. Fennell, P. Manuel, D.D. Khalyavin, R.D. Johnson, T. Nakano, Y. Nozue, H.M. Ronnow, and T. Kimura
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 13039-1-7
  • DOI: 10.1038/ncomms13039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aサイト秩序型ペロフスカイト酸化物の磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 豊田雅之、山内邦彦、小口多美夫
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 51 ページ: 389-396
• [学会発表] 平均場近似による電荷秩序系の光誘起初期ダイナミクスの研究II (2017)
  • 著者名/発表者名: 妹尾仁嗣、石原純夫
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] Nonequilibrium spin and charge dynamics in low dimensional correlated systems (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara A. Ono
  • 学会等名: Nonequilibrium Phenomena in quantum systems
  • 発表場所: Krvavec, Slovenia
  • 年月日: 2016-12-17 – 2016-12-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ab initio Theoretical Studies on Multiferroicity in Transition Metal Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamauchi
  • 学会等名: International Symposium on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: 済州島, Korea
  • 年月日: 2016-11-23 – 2016-11-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transient correlated electron dynamics with multi degrees of freedom (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara, A. Ono, and H. Hashimoto
  • 学会等名: 2nd workshop on ultrafast dynamics in correlated systems
  • 発表場所: PSI, Switzland
  • 年月日: 2016-10-10 – 2016-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 平均場近似による電荷秩序系の光誘起初期ダイナミクスの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 妹尾仁嗣、石原純夫
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Optical and electric-field impacts in strongly charge correlated systems (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara, A. Ono, and H. Hashimoto
  • 学会等名: International Research School: Electronic States and Phases Induced by Electric or Optical Impacts IMPACT 2016
  • 発表場所: Cargese, France
  • 年月日: 2016-08-23 – 2016-09-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin-Valley Coupling and Topological Phase Transition in Ferroelectric Oxide Heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamauchi
  • 学会等名: 11th Korea-Japan Conference on Ferroelectrics (KJC-FE11)
  • 発表場所: Sungkyunkwan University, Seoul, Kore
  • 年月日: 2016-08-07 – 2016-08-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast optical control of correlated electron system with multi degrees of freedom (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara, J. Nasu, T. Tatsuno, T. Watanabe and M. Naka
  • 学会等名: Quantum in Complex Matter: Superconductivity, Magnetism and Ferroelectricity, SUPERSTRIPES 2016
  • 発表場所: Ischia, Italy
  • 年月日: 2016-06-23 – 2016-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dielectric and Magnetoelectric Effects in Organic Molecular Solid (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara and M. Naka
  • 学会等名: 13th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF) and International Workshop on Relaxor Ferroelectrics 2016 (IWRF)
  • 発表場所: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • 年月日: 2016-06-19 – 2016-06-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Excitonic Insulating State Studied from Orbital Physics Viewpoint (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ishihara, J. Nasu, T. Tatsuno, T. Watanabe and M. Naka
  • 学会等名: New Quantum Phases with Frustration and Entanglement
  • 発表場所: Cracow, Poland
  • 年月日: 2016-06-19 – 2016-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Resonant X-Ray Scattering in Correlated Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Murakami, S. Ishihara, H. Nakao, T. Matsumura, T. Arima, H. Wadati, K. Ishii
  • 総ページ数: 241 (p.1-p.45)
  • 出版者: Springer-Verlag