【研究領域課題番号】21H01041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / 多極子秩序 / 動的平均場法 / データ科学

【研究成果の概要】

本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下の課題に取り組んだ。
化合物の磁性、あるいは一般に多極子秩序を理論計算により調べるためには、波数依存した感受率を計算する必要がある。DFT+DMFT法では、波数依存感受率はベーテ・サルピータ方程式と呼ばれる方程式を解くことで得られる。しかし、感受率はスピン・軌道自由度の添え字を4つ有するため、強相関系の舞台であるd軌道系やf軌道系でこの方程式を解くこは簡単ではない。特に、f軌道に応用するためには、適切な近似による計算量の削減と得られた多極子感受率（4階のテンソル量）の解析法の確立が必要である。
本研究では、多極子秩序の研究でもっともよく調べられているf電子系化合物CeB6を対象として、DFT+DMFT法による電子構造および多極子感受率の計算を行い、検証を行った。その結果、実験と矛盾のない波数依存感受率を得ることができた。この最終的な結果を得る過程において、相互作用に関するdouble counting correctionに関して重要な知見が得られた。この結果は、今後、DFT+DMFT法を様々なf電子系化合物に応用していく際に重要な指針となる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】20K20343 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子クエンチ / 非平衡 / 超伝導 / 電荷密度波 / 光誘起相転移 / テラヘルツ / 非線形光学応答 / 超高速分光 / 原子層物質 / 鉄系超伝導体 / 銅酸化物高温超伝導体 / 強相関電子系 / 集団励起 / スピン密度波 / ヒッグスモード

【研究成果の概要】

超伝導と電荷密度波(CDW)といった多重の秩序が競合共存する系を対象に、光学的量子クエンチの手法を用いて、新たな量子相の探究を行った。遷移金属ダイカルコゲナイド物質ではCDWの振幅モード励起を介した相転移を初めて実現した。鉄系超伝導体では、光照射により超伝導が増強することを非線形テラヘルツ分光から明瞭に実証した。ストライプ秩序を発現するLa214系銅酸化物高温超伝導体では、電荷秩序とスピン秩序、超伝導との競合・相関をダイナミクスから調べる新たな手掛かりを得た。Y123系銅酸化物高温超伝導体では光励起により平衡状態の超伝導とは異なるコヒーレントな電子状態が発現している可能性が高いことを見出した。

【研究の社会的意義】

光学的量子クエンチによる新たな物質相の探索という新しいアプローチを具現化し、遷移金属ダイカルコゲナイド物質、鉄系超伝導体、銅酸化物高温超伝導体において非熱的電子相制御に道を拓いた本研究は、非平衡物性科学の進展に大きく貢献したといえる。鉄系超伝導体の光誘起超伝導増強、銅酸化物高温超伝導体の光誘起相の解明は、その多様な基底状態、超伝導発現機構の解明にも貢献すると期待される。量子相の人為的相制御の実証は量子物質の機能応用の観点からも社会還元につながる重要な進展である。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-04-01 - 2021-03-31

【配分額】26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)

【研究領域課題番号】20K15169 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 強相関電子系 / 電気化学 / リチウムイオン電池 / 二次元物質 / 酸化物エレクトロニクス / エピタキシャル薄膜 / 超伝導ドーム / 遷移金属酸化物 / 透明導電体 / Liイオン電池 / エピタキシャル成長

【研究成果の概要】

本研究は，二次元NbO2超伝導層の全貌を明らかにする研究である。初年度である昨年度には，その舞台となる二次元NbO2層を持つLi1－xNbO2の薄膜合成法を確立し，電子構造と二次元超伝導の観測に成功した。その結果，本研究の第一の目標である"NbO2超伝導層が理想的である"ことが証明され，本年度にPhysical Review B誌に原著論文が掲載された。
また本年度は，第二の目標である"NbO2超伝導層の全貌を解明する"ことに尽力した。その結果，以下の成果が得られた。
①[Li1－xNbO2電気化学デバイスの作製] 合成に成功したLi1－xNbO2エピタキシャル薄膜を電極としたLiイオン電気化学デバイスを作製した。そのデバイスに対して電圧を印加するとLiイオン電池の充電/放電反応が起こり，薄膜に含まれるLi量が連続的かつ可逆的に変調できることが明らかとなった。その結果，Li量xが様々かつ精密に調整されたLi1－xNbO2が同一試料で実現し，NbO2層の物性を詳細に調べられるようになった。
②[NbO2層における電子相の解明] Li1－xNbO2の物性のLi量依存性を調べると，本物質はバンド絶縁体からフェルミ液体金属を経由し，最終的に非フェルミ液体状態へと転移し超伝導ドームを生じることが明らかとなった。これは二次元NbO2三角格子にホールキャリアが導入されていくにつれて電子相関が増していき，その結果として超伝導ドームが生まれるという銅酸化物高温超伝導体の電子相図と対応する結果である。更に，近藤効果の発現など二次元NbO2三角格子に特有な現象も観測された。これらの結果は本研究の第二の目標である"NbO2超伝導層の全貌を解明できた"ことを表している。
これらの結果は原著論文としてまとまりつつあり，次年度に投稿予定である。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18H01168 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 不揮発相制御 / 急冷 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 準安定 / 強相関電子系

【研究成果の概要】

遷移金属ダイカルコゲナイドIrTe2を対象にし、異なる強度、パルス幅の電気パルスを交互に印加することで、ゼロ抵抗状態および有限抵抗状態を、可逆的かつ不揮発に変換することに成功した。このような電気パルス印加による超伝導発現の制御は、100年以上にもわたる超伝導研究の中で初めての例である。また、走査型ラマン顕微鏡を用いて、超伝導相と常伝導相が数umスケールで空間的に共存している様子の可視化に成功した。可視化されたドメイン構造は特定の結晶軸に沿った形でドメイン壁を有しており、ドメイン形成に強い歪み場の影響があることが分かった。

【研究の社会的意義】

本研究の目的は準安定超伝導の実現・制御を可能にする新しい手法を提示・実証することにあった。具体的には、圧力・元素置換・電界効果といった従来の手法を一切用いず、代わりに急冷という平衡熱力学の枠組みを逸脱した手法を用いることで、熱力学的には本来非超伝導体である物質に超伝導を実現させる。ただし、準安定相として、である。当初の目標が達成できたことで、超伝導制御に関して新しい手法を提示することができた。これにより、書き換え可能な超伝導回路といった機能性実現への道が拓かれたと考えている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究領域課題番号】18H01158 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング / 動的平均場法 / データ科学 / 計算物理 / オープンソースソフトウェア / 量子モンテカルロ法 / 動的感受率 / 動的平均場理論

【研究成果の概要】

強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進展を得た。

【研究の社会的意義】

静的な外場に対応する感受率は、材料としての性能そのものを表し、また、磁性や超伝導状態への相転移温度の決定にも利用される。一方、動的な外場に対応する感受率によって物質の励起構造を調べることができる。このように、静的および動的感受率は基礎・応用共に極めて重要な物理量であるが、多くの有用な機能物質を有する強相関電子系化合物の感受率計算は困難であった。本研究成果はこれを可能とするもので、今後、現実の機能物質の研究に応用されていくと期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17K14336 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電子格子相互作用 / 機械学習 / ニッケル酸化物 / 物質デザイン / 超伝導 / 第一原理計算 / 強相関電子系 / 銅酸化物高温超伝導体 / フォノン / 制限ボルツマンマシン / 変分波動関数 / クーロン相互作用

【研究成果の概要】

磁性や超伝導などの様々な機能物性を示す強相関物質においては、電子自由度がフォノン(格子振動)自由度と密接に絡み合って物性を発現する。これまで電子自由度が作り出す非自明な物性は盛んに研究されているが、強相関物質におけるフォノンの役割に関しては未解明な部分が多い。本研究の目的は、強相関系における電子とフォノン自由度の絡み合いの理解を進展させることであった。本研究では、機械学習を用いた強力な電子格子結合模型のソルバーを開発し、現実物質におけるフォノン自由度の理解のための礎を築いた。また、近年発見されたニッケル酸化物超伝導体において、格子構造制御により超伝導性能が向上する可能性を示す重要な成果を得た。

【研究の社会的意義】

強相関系においてフォノンの自由度を理解することは、格子自由度を制御することによって新たな機能物性の可能性を探るための重要な知見をもたらす。これまで、フォノン自由度を解析できる強力な数値手法は限られていたが、本研究によって強力な数値手法を開発することで、フォノンの役割をより詳細に解析できるようになった。またニッケル酸化物超伝導体における物質デザインは、実験による新ニッケル酸化物合成のための有用な指針を与えた。このように理論と実験が協力することによって、新たな超伝導体を探す試みを促進することができる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16K13831 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

物質開発 / 超伝導 / 磁気フラストレーション / イオン液体合成 / 水熱合成 / イオン液体合成法 / 水熱合成法 / フラストレート磁性体 / 物質探索 / 強相関電子系 / 超伝導体 / フラストレーション / イオン液体

【研究成果の概要】

強相関電子系における物質探索にブレークスルーを目指して，イオン液体合成法や水熱合成法により新しい超伝導体やフラストレート磁性体の合成を行った．超伝導が報告されているがその詳細は全く分かっていないTe4[BixCl4]を合成してその物性を評価したが、超伝導性の確認には至らなかった。一方、水熱合成法を駆使して、新しいカゴメ格子反強磁性体CdCu3(OH)6(NO3)2・H2O (CdK)の単結晶育成に成功し、負のベクトルカイラリティーをもつ120°スピン磁気秩序や160Tまでの超強磁場において複数の磁化プラトーを発見した。これらは異なる単位胞をもつマグノン結晶がシリーズで存在する事を示唆する。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16K05436 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 結晶構造 / 電荷秩序 / モット絶縁体 / 強相関電子系 / 反強磁性 / 分子性固体

【研究成果の概要】

ドナーとアニオンの組成比が1:1である真性モット絶縁体(BEDT-TTF)TaF6の基底状態がネール温度10 Kの反強磁性絶縁体であることを明らかにした。(BEDT-TTF)2TaF6に複数存在する多形の構造と電子状態も明らかにした。特にkappa型では歪んだ三角格子のダイマーモット絶縁体であるにも関わらず、スピン液体の可能性を見出した。強相関絶縁層をもつ層状超伝導体(EtDTET)(TCNQ)の構造と超伝導転移点を対応させた。2種類ある(BEDT-TTF)2Cu(CF3)4(TCE)の量子振動の測定から、双方とも実効的に1/2充填率バンドであることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

固体において、同一サイトでの電子のクーロン反発によって絶縁体となるモット絶縁体の研究は古くからなされている。四角格子をもつモット絶縁体はそれに相当する物質がないため、理論からの研究がなされている。(BEDT-TTF)TaF6は四角格子をもつ真性モット絶縁体であり、この物質の基底状態が反強磁性絶縁体であることを実験で確定させたことは、モット絶縁体の研究において重要な結果である。また、このような絶縁体の層が組み込まれた層状超伝導体の電子状態を実験により詳しく調べることで、超伝導発現における絶縁層の必要性の解明に繋がるものである。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15K17691 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超低温物性 / 強相関電子系 / 超伝導 / 量子臨界性 / 超低温

【研究成果の概要】

本研究は極低温(～50 mK)まで行われている強相関電子系研究を超低温（～1 mK）まで拡張することを目的とした。その第一歩として超低温度領域で有効な測定手段を見出すために、重い電子系超伝導物質CeCoIn5の量子振動測定を行った。その結果、超低温領域で量子振動の振幅の減少と周波数の不連続変化を観測し、超伝導相と隣接する秩序相が存在することがわかった。CeCoIn5の超伝導状態は量子臨界点近傍にあるが、超伝導相と隣接する秩序相の存在の有無は長年の謎であった。全く予想外の本研究成果は、この物質における新しい相の発見にとどまらず、今後の超低温物性研究が非常に有望であることを示している。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】26246022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物表面 / 界面 / 走査プローブ顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / ペロブスカイト / 二次元電子状態 / 超伝導 / 金属酸化物 / 表面 / 酸化物エレクトロニクス / 薄膜 / 酸化物薄膜 / 表面科学 / 表面・界面物性 / 強相関エレクトロニクス / 強相関電子系 / 超薄膜 / 電気伝導 / 二次元電子 / 酸化物 / 表面・界面

【研究成果の概要】

遷移金属酸化物は、通常の半導体には見られない多彩な機能を示すことから、次世代エレクトロニクス材料として活発な研究が展開されている。近年、酸化物作製技術が急速に発展したことにより、原子レベルで急峻な界面を有する薄膜やヘテロ構造の作製が可能になり、新しい物性・機能が見出されている。このような酸化物薄膜やヘテロ構造が示す機能の探求・解明のためには、酸化物薄膜について、電子状態評価を原子レベル空間分解能で行うことが重要である。
そこで、我々は独自の走査トンネル顕微鏡-成膜装置複合システムを構築し、遷移金属酸化物薄膜表面・界面の原子構造と電子状態に関する研究を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)

【研究分野】数理物理・物性基礎

【研究領域課題番号】25400407 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

数理物理 / 量子多体系 / 強相関電子系 / ハバード模型 / 金属強磁性 / マヨラナ端状態 / 朝永・ラッティンジャー液体 / 磁気秩序 / トポロジカル相 / 正弦 2 乗変形 / エンタングルメントエントロピー / 超伝導 / マヨラナフェルミオン系 / キンク解 / 緩和現象 / 冷却原子系 / ボース・ハバード模型

【研究成果の概要】

強く相互作用する量子多体系において非自明な秩序や相構造を解明すること、既存の方法を応用するだけでなく物理的視点に基づいた新たな数理的手法を開拓することを目指して研究を進めた。特に「単一のバンド内の電子が強く反発し合うことで強磁性が出現する」という物理的にもっとも自然な状況を反映したハバード模型で金属強磁性の発現を厳密に証明したことは特筆すべき成果である。この研究では数理的にも新しい証明方法を提案した。他に、ギャップのない多バンドハバード模型での強磁性、いくつかの強相関電子系でのマヨラナ端状態、平坦バンドのあるボース・ハバード模型での朝永・ラッティンジャー液体などについて成果を挙げた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25287080 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 分子性有機導体 / 電荷ガラス / 分子性固体 / 強相関系 / 誘電体 / 光物性 / 分子性導体 / 超伝導 / モット絶縁体 / 電荷秩序 / 相分離

【研究成果の概要】

本研究では，強相関電子系分子性導体に特徴的な電荷-スピン-格子自由度の複合的結合による“やわらかい強相関電子・格子系”で実現する新しい非線形電子誘電物性の創出，解明を目指した実験研究を行った． その結果，電子が配列秩序化した電荷秩序絶縁体状態（電荷固体），融解・液体化した良電気伝導状態（電荷液体）に加えて，電子が極めて遅い時間スケールのダイナミクスを有し，不均質に凍結した新しい電子状態（電荷ガラス）を，電荷秩序絶縁体転移（電子固体‐液体転移）の近傍に発見した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25220709 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子性導体 / 強相関電子系 / 誘電物性 / 電荷ガラス / Dirac電子系 / スピン液体 / 超伝導 / 分子性物質 / 可制御性 / 誘電性 / ディラック電子 / モット転移 / ディラック電子系 / 有機導体

【研究成果の概要】

我々は、分子性物質の構造的な可制御性を利用することで、誘電性、伝導性、磁性、半導体といった既成の学問分野の境界領域に潜む未知の物性を発掘し、物質科学における新たな研究の潮流を創出することを目指した。その結果、電子移動型強誘電体における新奇な電気的/磁気的励起の発見、電子系におけるガラス形成の学理構築、質量ゼロのDirac電子系における特異な電子相関効果の発見、スピン液体と金属状態の共存状態の発見等、分野を跨ぐ成果を得た。これらの成果は、物性科学における新たな境界領域のシーズとなることが期待される。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】219,050千円 (直接経費: 168,500千円、間接経費: 50,550千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】25220707 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光電子分光 / レーザー / 超電導 / 超低温 / 高分解能 / 極低温 / 超伝導 / 高性能レーザー / 強相関係電子系 / 低温物性 / 強相関電子系 / 軟X線レーザー / 超高分解能 / 真空紫外レーザー

【研究成果の概要】

世界の追随を許さない最低温度と最高分解能の未踏性能を持つヘリウム３クライオスタット搭載型の角度分解光電子分光装置を開発し、エキゾチック低温超伝導体の機構解明に取り組んだ。我々は、1K以下の試料部到達温度を達成し、また、光電子アナライザーとsCMOS型検知器システムを連動制御するソフトウェアを開発することで、高速フレームレート測定を可能とした。本研究により、世界で初めて、鉄系超伝導体がトポロジカル超伝導を示すことを実証した。更に、バルク超伝導体上に薄膜成長させたトポロジカル物質において、近接効果由来の超伝導ギャップがスピン偏極バンドに開く観察に成功した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】155,610千円 (直接経費: 119,700千円、間接経費: 35,910千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】24340075 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子スピン系 / 強相関電子系 / 量子相転移 / 超伝導 / 磁化測定 / 極低温 / 磁性 / 強相関系 / 分子性固体

【研究成果の概要】

低次元量子スピン物質や強相関物質などの純良単結晶試料は、微小な結晶としてしか得られないことが多い。本研究課題では、研究代表者がこれまで開発してきた極低温磁化測定装置を、微小結晶試料の測定に対応できるように従来比で100倍高感度化した。この装置による主要な成果は、（１）スピン1/2の一次元ハイゼンベルグ反強磁性体CuPzN単結晶の低温磁化の磁場温度依存性が厳密解と高い精度で一致することを検証、（２）スピン三重項超伝導の期待の高いSr2RuO4の低温におけるc面内方向の超伝導-常伝導転移が磁化に不連続な飛びを伴う一次転移となることを確認し超伝導対称性を特定する上で重要な知見を得た、等である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】23540375 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

近藤効果 / 強相関電子系 / 量子ドット / 非平衡電流 / ショットノイズ / 超伝導 / アンドレーエフ散乱 / 数値くりこみ群 / 物性理論 / Green関数 / 電流ノイズ / 国際情報交換 / アメリカ合衆国 / 国際情報交流 / イギリス

【研究成果の概要】

量子輸送現象における電子相関の効果を解析的な方法，および計算機を用いた数値的方法の両方を駆使し詳細に調べた．従来とは異なるスケーリング法により軌道縮退の大きな極限からRPAを系統的に超える摂動展開方法の確立、および相互作用する不純物Anderson模型の非平衡Green関数の高バイアス極限における厳密解の発見など，解析的な方向から重要な成果が得られた．さらに，Hund結合がある場合における非平衡電流のショットノイズに対する微視的局所Fermi流体論による定式化，および超伝導接合系における近藤効果とAndreev散乱等の競合による低エネルギ―状態のクロスオーバーに関する数値研究に発展があった．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】22684017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

軌道自由度 / 強相関電子系 / 光電子分光 / 超伝導

【研究成果の概要】

本研究では、放射光や放電管光源に加え、高分解能、偏光制御、時間分解測定が可能となるレーザー光電子分光を駆使して、多軌道系の特異な電子状態(金属絶縁体転移、超伝導、量子臨界性、磁気秩序、スピン軌道相互作用によるスピン分裂など)の詳細な電子構造を明らかにし、その電子凝縮や異常物性のメカニズムを解明した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】22224006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子性固体・有機導体 / 電気・磁気的機能 / 有機電子材料・素子 / 超伝導 / 光誘起相転移 / 圧力効果 / 強相関電子系 / 臨界現象 / 分子性導体 / ディラック電子系 / キャリア注入 / モット転移 / 電界効果トランジスタ / 電荷秩序

【研究成果の概要】

本研究は、分子系π電子物性の可能性を、物質開発および物性開発の両面から徹底的に追求することを目指した。物質開発においては、新たなデュアル機能π電子系（単一の結晶内で、一種類のπラジカルが分子配列の違いによって二つの異なった物性を示す系）や世界初の単一成分分子性超伝導体を発見した。物性開発では、まず界面π電子の機能として、π電子系で世界初めての電場誘起超伝導を実現し、さらに光で超伝導をON/OFFする光駆動型トランジスタの開発に成功した。また、多層ディラックπ電子系における量子ホール効果の観測やπ電子系金属におけるフェルミ端の初の観測等に成功し、π電子物性の可能性を大きく拡げることができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】217,750千円 (直接経費: 167,500千円、間接経費: 50,250千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】20244055 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機導体 / 強相関電子系 / 核磁気共鳴法 / 電子輸送特性 / モット転移 / スピン液体 / 超伝導 / 中性-イオン性転移 / 輸送現象特性 / 輸送現象測定

【研究成果の概要】

電荷揺らぎとスピン揺らぎが織り成す新しい電子相を探索する目的で、モット転移近傍に位置する三角格子有機伝導物質を調べた結果、電荷とスピンの双方においてモット転移が非従来型の臨界性を示すこと、さらに、スピンフラストレーションの強さがモット絶縁相においてスピン状態を決め(反強磁性/スピン液体)、金属相において擬ギャップの有無や超伝導転移温度、およびモット転移の強弱に決定的な影響を及ぼすことを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】48,880千円 (直接経費: 37,600千円、間接経費: 11,280千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17340107 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 高圧測定 / 核磁気共鳴 / 強相関電子系 / 高圧 / NMR / 酸化物 / 超伝導 / 金属絶縁体転移 / 梯子格子物質 / 圧力誘起超伝導

【研究成果の概要】

ピストンシリンダー型圧力セルにおいて4万気圧まで至達することに成功した。このセルを用いて圧力下で最適条件となる鉄砒素系高温超伝導体LaFeAsO_<1-x>F_xや、梯子格子銅酸化物Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41>のNMR測定を行い、超伝導転移点T_Cが高圧下で上昇する機構を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】16,200千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17204031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 対称性 / 重い電子系化合物 / 隠れた秩序 / 渦糸格子 / 準粒子 / 量子臨界点 / 強相関電子系 / パイロクロア / フェルミ流体 / マイクロ波 / 人工超格子 / 超伝導対称性 / 重い電子系 / 熱伝導 / 異方的超伝導 / ホール係数 / FFLO / 磁気抵抗

【研究成果の概要】

本年度はまず熱伝導による超伝導対称性の実験を行った。特に重い電子系化合物URu2Si2の超伝導対称性を希釈冷凍機温度までの低温で磁場中熱伝導度の測定により決定した。この系はいわゆる隠れた秩序相で超伝導が起こるが超伝導相はあまり研究されていなかった。我々はこの超伝導相が極めて特異なものでありカイラルd波の対称性を持つことを示した。さらに微小ホールプローブを用いた局所磁場測定や電気抵抗の精密測定により、この物質においては渦糸格子が融解することを示した。1K以下で渦糸格子が融解する現象はこれが初めてである。さらに渦糸格子状態で準粒子がブロッホ状態を形成することも発見した。また重い電子系超伝導体の人工超格子の作製を分子ビームエピタキシーにより行い、これまでにCeIn3とLaIn3を薄膜にエピタキシャル成長させることに成功している。またCeCoIn5の超伝導薄膜の作製にも成功しておりCe系のエピタキシャル薄膜は世界で初めての例である。さらに高温超伝導体T1:2201に対し超強磁場中での輸送現象の測定を行った。その結果上部臨界磁場を境に非フェルミ流体的挙動からフェルミ流体的挙動に移り変わる磁場に誘起された量子臨界点が存在することを発見した。重い電子系超伝導体においても類似した振る舞いが観測されており強相関電子系における普遍的な現象である可能性がある。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)