SAMURAI - NIMS Researchers Database

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研究内容

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

口頭発表
    その他の文献

      所属学会

      日本物理学会

      ナノアーキテクトニクス材料研究センター
      タイトル

      分子性固体を舞台とした相対論的ディラック電子の研究

      キーワード

      分子性固体,有機伝導体,ディラック電子,電荷秩序,超伝導,圧力,一軸ひずみ

      概要

      2004年に発見されたグラフェン中の電子は質量のない相対論的なディラック電子としてふるまい,従来の金属とは全く異なる特異な性質を持つことからノーベル賞受賞に至った.しかしグラフェンは単一原子層の微細な結晶であるため,基礎物性の実験的検証には特殊技術が必要となる.一方,ほぼ同時期に分子性固体α-(BEDT-TTF)2I3においてバルク結晶として初めてディラック電子系が形成されることが判明した.現在はトポロジカル絶縁体の表面状態やトポロジカル半金属など様々な物質群でディラック電子の形成が確認されているが,本研究ではディラック電子のみが物性を支配する単純なエネルギーバンドをもつ分子性固体に着目し研究を行っている.

      新規性・独創性

      分子性固体単結晶の圧力下比熱・熱起電力測定技術を開発し,ディラック電子特有の比熱・熱起電力のふるまいを初めて実証
      強相関の有機ディラック電子系物質において,理論的に示唆される反強磁性転移を初めて観測
      ピエゾ駆動型一軸性ひずみ印加装置(低温下での連続的変化可能)を格子のやわらかい分子性固体に適用し,相転移近傍の物理を研究

      内容

      image

      分子性固体α-(BEDT-TTF)2I3では圧力下でのみディラック電子が形成されることから,圧力下における様々な物性測定技術を開発し,ディラック電子特有の比熱や熱起電力のふるまいを初めて観測する事に成功した.また,最近常圧下でディラック電子系が形成されることが判明した類縁物質α-(BETS)2I3について,カンチレバーを用いた精密な磁気トルク測定を行い,複雑な温度変化が見られる事が分かった.これは低温においてディラック電子特有のバンド間磁場効果に起因する軌道反磁性と関連している可能性がある.また低温3.5 K以下において複雑なトルク曲線の形成が観測され,本物質における磁気秩序の存在を初めて明らかにした.この結果は,ディラック電子が強く相互作用した場合に磁気秩序化が形成されるという理論予測と一致する.近年は1軸性ひずみを試料に加え,等方的な圧力下では実現しない新奇物性の観測を目指した研究を行っている.有機分子で形成される分子性固体は格子が非常にやわらかいため1軸性ひずみにより大きな物性変化が期待できる.現在までに強い電子間相互作用による電荷秩序化を1軸ひずみにより制御することに成功している.

      まとめ

      バルク結晶としてディラック電子系が実現し,特異なふるまいを引き起こすエネルギーバンドのみが物性を支配する分子性固体を対象とした研究を行うことで,ディラック電子の特異な振舞いを実証してきた.有機分子で形成され,やわらかい格子をもつ分子性固体は,基礎物性の解明のみならずエレクトロニクス分野への応用が期待され,今後のさらなる研究により革新的な材料開発への貢献を目指す.

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