縮重π電子系の異方的構造制御と機能化

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出
• 研究課題/領域番号: 17H05151
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 清水 康弘 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (00415184)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 物性実験

研究実績の概要

量子スピン液体などのエキゾティックな電子状態が期待されるフラストレートπ電子系の基底状態を核磁気共鳴によって用いて調べた。特に３つの新規物質において、磁気秩序が起こらないスピン液体状態を示唆する結果を得た。まず、三次元的なカイラル有機ラジカル塩であるナフタレンジイミド化合物において、14N-NMR測定を行った結果、0.38Kの極低温まで長距離磁気秩序が存在しないことを明らかにした。比熱と帯磁率の結果と合わせて、ギャップレスの量子スピン液体が三次元系で実現している初めての例を示した。また、カゴメ格子を有するC60錯体における13C-NMR実験の結果、80Kあたりまで、分子回転が持続していること見出した。電子スピンは1.5Kまで無秩序状態であることが分かった。さらに、スパイラルな三次元構造を有するフェナントレン錯体においても、0.4Kまで長距離秩序の兆候が観測されなかった。ただし、基底状態から20K程度のギャップのある励起が観測され、連続的な２量体化が起きていることが分かった。また、π電子系としては初めてとなる三次元ダイアモンド格子を有する物質を見出した。その高圧下の13C-NMR測定によって、反強磁性秩序転移温度が世界最高となる195Kまで上昇することを明らかにした。第一原理計算を共同研究者とともに行い、ダイアモンド格子では三次元的なディラック半金属が実現する可能性があることを見出した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

新たに３つ系において、量子スピン液体を見出すなど、順調に成果を上げている。国際共同研究、および領域内の共同研究も積極的に推進しており、さらなる進展が期待される。

今後の研究の推進方策

様々なフラストレートスピン系において、異方的な構造変形と組み合わせた実験によって、基底状態の変化を詳細に明らかにする予定である。特に、良質単結晶試料が得られているκ-(ET)2X系における一軸性歪下のNMR実験を行い、量子スピン液体から反強磁性秩序相への連続制御を試みる。

研究成果

• [国際共同研究] Russian Academy of Science(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Russian Academy of Science
• [雑誌論文] Transport anisotropy and electron correlations in the layered molecular compounds Z[Pd(dmit)2]2 (Z = Me4N,Et2Me2As,EtMe3P) with different interlayer coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, R. Kato
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 125107/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.125107
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D Spin-Liquid State in an Organic Hyperkagome Lattice of Mott Dimers (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Mizuno, Y. Shuku, M. M. Matsushita, M. Tsuchiizu, Y. Hara, N. Wada, Y. Shimizu, K. Awaga
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 119 ページ: 057201/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.057201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Symmetry Preservation and Critical Fluctuations in a Pseudospin Crossover Perovskite LaCoO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, T. Takahashi, S. Yamada, A. Shimokata, T. Jin-no, M. Itoh
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 119 ページ: 267203/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.267203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and Preparation of a Quantum Spin Liquid Candidate k-(ET)2Ag2(CN)3 Having a Nearby Superconductivity (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hiramatsu, Y. Yoshida, G. Saito, A. Otsuka, H. Yamochi, M. Maesato, Y. Shimizu, Hiroshi Ito, Y. Nakamura, H. Kishida, M. Watanabe, and R. Kumai
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 90 ページ: 1073-1082
  • DOI: doi:10.1246/bcsj.20170167
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trimerization and orbital ordering in Ba1-xSxV13O18 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kajita, Y. Obata, Y. Kakesu, Y. Imai, Y. Shmizu, M. Itoh, H. Kuwahara, T. Katsufuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 245126/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.245126
  • 査読あり
• [学会発表] Organic diamond lattice Mott insulator: 3D Dirac semimetal candidate (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu
  • 学会等名: Americal Physical Society March meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] らせんチューブ構造を有するCs(phenanthrene)における量子スピン液体 (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水康弘, 中村光佑, 伊藤正行, 高林康裕, Martina Vranki, 中川剛志, Kosmas Prassides
  • 学会等名: 日本物理学会2018年年次大会
• [学会発表] Magnetic order and 3D Dirac semimetal in diamond lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu
  • 学会等名: ISCOM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 三次元ディラック電子系(ET)Ag4(CN)5のバンド構造と磁性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 清水 康弘，土射津 昌久，大塚 晃弘，前里 光彦，矢持 秀起， 中尾 朗子，平松 孝章，吉田 幸大，齋藤 軍治
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [備考] 名古屋大学固体磁気共鳴研究室
  • URL: http://i-ken.phys.nagoya-u.ac.jp/index_j_shimizu.html