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2021 年度 実績報告書

分子ダイマーダイポールが創成する量子スピン/電荷液晶

公募研究

研究領域量子液晶の物性科学
研究課題/領域番号 20H05144
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)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード分子性有機導体 / 量子電荷液体 / 量子スピン液体 / ダイマーダイポール
研究実績の概要

本研究では,分子性有機物質である量子スピン液体k-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3 とその周辺物質を対象として,スピン非秩序状態における電荷(ダイマーダイポール)揺らぎ-分子格子フォノン結合によるクラスター化・液晶化形成を低エネルギー分光手法により実験的に明らかにすることを目的としている.2021年度は,同物質に対する遠赤外-赤外反射分光手法により電荷揺らぎを反映する低エネルギー領域での光学スペクトル測定を行い,モット絶縁体状態であるはずの量子スピン液体状態において,明瞭な光学ギャップが開かずに電荷が揺らいだままである兆候が光学伝導度スペクトルに観測された.この結果は,本物質の量子スピン液体状態に特徴的な電荷揺らぎ(ダイマーダイポール)が励起スペクトルとして現れることを示している.この結果は,量子液晶の構成要素と考えるダイマーダイポールのゆらぎが量子スピン液体状態形成の要因である可能性を示すものである.この電荷状態については,分子格子との結合も合わせて考える必要がある.このため非弾性中性子散乱実験による格子ダイナミクス測定を計画し,中性子実験施設(グルノーブルILL,フランス)におけるリモート実験を国際共同研究として実施した.この結果,この物質で6K異常として種々の物理量に異常が観測される温度よりも高温側では,異常なフォノンダンピングが観測された.これはダイマーダイポールによる電荷揺らぎが格子と結合した結果を反映した現象と考えられる.一方で6K以下では,フォノン構造が明瞭になり,電荷揺らぎが凍結しフォノンとの結合が弱くなっていることを示唆する結果を得た.この観測は6K異常が非磁性低温秩序(VBS)相への相転移であるとする報告とも対応する.現在,理論研究者と微視的機構の検討を行いフォノン異常と電荷揺らぎ/スピン液体との相関についての論文を準備している.

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Goethe University Frankfurt/Max Planck Institute for CPfS(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Goethe University Frankfurt/Max Planck Institute for CPfS
  • [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Institut Laue-Langevin
  • [雑誌論文] Involvement of structural dynamics in charge-glass formation in strongly frustrated molecular metals2022

    • 著者名/発表者名
      Thomas Tatjana、Saito Yohei、Agarmani Yassine、Thyzel Tim、Lonsky Martin、Hashimoto Kenichiro、Sasaki Takahiko、Lang Michael、M?ller Jens
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: L041114-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.L041114

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic Torque due to Anisotropic Diamagnetism in Neutral BEDT-TTF Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Uji Shinya、Terashima Taichi、Sugiura Shiori、Iguchi Satoshi、Sasaki Takahiko、Hashimoto Kenichiro、Shimozawa Masaaki、Yoneyama Naoki、Kato Reizo
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 113708-1-4

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.113708

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Emergence of unconventional spin glass-like state in k-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl by introducing weak randomness2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Riku、Furukawa Tetsuya、Miyagawa Kazuya、Sasaki Takahiko、Kanoda Kazushi、Itou Tetsuaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: 155107-1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.155107

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elucidation of local structure deformation in k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br by x-ray fluorescence holography2021

    • 著者名/発表者名
      Ang Artoni Kevin R.、Marumi Riho、Sato-Tomita Ayana、Kimura Koji、Happo Naohisa、Akagi Kazuto、Sasaki Takahiko、Hayashi Kouichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 ページ: 214106-1-11

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.103.214106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge Ordering and pi-d Interaction in Electron Doped 3/4-Filling Molecular System a"-(BEDT-TTF)2Rb2xCo(SCN)4(x = 0.6)2021

    • 著者名/発表者名
      Iguchi Satoshi、Yamada Syuhei、Kobayashi Ryota、Morita Koutaro、Kudo Yuki、Kurosu Megumi、Yoneyama Naoki、Ikemoto Yuka、Moriwaki Taro、Sasaki Takahiko
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 074701-1-8

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.074701

    • 査読あり
  • [学会発表] Inelastic neutron scattering experiments of quantum spin liquid molecular material2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Sasaki
    • 学会等名
      QLC meeting 2021
  • [学会発表] エックス線照射により分子欠陥を導入した強相関有機超伝導体の赤外分光測定2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤直道,桐野友輝,井口敏,古川哲也,杉浦栞理,米山直樹,池本夕佳,森脇太郎,佐々木孝彦
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] Lattice dynamics coupled to charge and spin degrees of freedom in the molecular dimer-Mott insulator2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiko Sasaki
    • 学会等名
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2021
    • 国際学会
  • [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/index.html

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公開日: 2022-12-28  

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