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(In Japanese)分子配列の小さな変化で起こる電子状態の劇的な変化

Research report code R013000007
Posted date Oct 1, 2003
  • (In Japanese)鹿野田 一司
  • (In Japanese)東京大学大学院工学系研究科
Research organization
  • (In Japanese)東京大学大学院工学系研究科
Report name (In Japanese)分子配列の小さな変化で起こる電子状態の劇的な変化
Technology summary (In Japanese)(BEDT-TTF)2Xという一連の有機分子性固体について研究した結果について述べたものである。電気伝導はBEDT-TTF分子の間で起こるが,それを構造的に支える分子Xを変えることで金属や絶縁体になることが知られていた。本研究では絶縁体に極めて近いと考えられる超伝導体(X=Cu[N(CN)2]Br)を取り上げ,BEDT-TTF分子内に存在する8個の水素を順次重水素に置換していったところ,絶縁体となることを見出した。常識では同位体置換は,電子状態を大きく変えるものではないが,電気抵抗ゼロの超伝導状態のすぐ裏側に絶縁体状態があるため,同位元素置換による微妙な分子配列の変化で,裏状態に陥ったものと考えられる。さらに,興味深いことには,試料の冷却速度を変えたり(図1),磁場を印加すると(図2),絶縁体的振舞いが現れることが明らかとなった。超伝導状態では,伝導を担う全ての電子が位相を揃えて同じ量子状態にある。電子の量子力学的な波としての性格が頂点に達した集団状態である。一方電子が反発して各分子に局在した状態は,電子の粒子性が色濃く現れた状態である。電子の集団は,分子という舞台レイアウトをほんの少し変えるだけで,天と地ほど違う2つの世界を見せる。

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Research field
  • Properties of metallic superconductors
  • Properties of organic superconductors
  • Superconducting materials
  • Insulating materials
  • Electric insulating materials
Published papers related (In Japanese)(1)“Phase Diagram of Vortices in the Quasi-Two-Dimensional Organic Superconductor, α-(BEDT-TTF)2NH4Hg(SCN)4; a System of Pancake Vortices with Out-of-Plane coupling dominated by the Electromagnetic Energy”, Phys. Rev. B 57 (1998) pp.3623-3634.
(2)“Wigner-Crystal Type of Charge Ordering in an Organic Conductor with a Quarter-Filled Band; (DI-DCNQI)2Ag”, Phys. Rev. Lett. 80 (1998) pp.4737-4740.
(3)“13C-NMR Study of Metal-Insulator Transition in (DMe-DCNQI)2Cu with partial deuteration”, Phys. Rev. B 58 (1998) pp.1243-1251.
(4)“Superconductor-Insulator Transition controlled by partial deuteration in BEDT-TTF salt”, J. Am. Chem. Soc. 120 (1998) pp.10984-10985.
(5)“Reply to the Comment on “Wigner-Crystal Type of Charge Ordering in an Organic Conductor with a Quarter-Filled Band; (DI-DCNQI)2Ag””, Phys. Rev. Lett. (1999) p.2412.
(6)“Superconductor-Insulator Phase Transformation in partially deuterated κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br by control of the cooling rate”, Phys. Rev. B 59 (1999) pp.8424-8427.
(7)“Thermodynamic Investigation of the Electronic States of Deuterated κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br”, Phys. Rev. B 60 (1999) pp.4263-4267.
(8)“Charge Ordering in Organic Conductors”, J. de Physique IV9(1999) p. Pr10-353-355.
(9)“Metal-Insulator Transition in Partially Deuterated κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br”, Synth. Met. 103 (1999) p.2250.
(10)“Magnetization and ac Susceptibility in the Vortex State of κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br”, Synth. Met. 103 (1999) pp.1967-1968.
(11)“Spin Dynamics in the Charge Ordered State of (DI-DCNQI)2Ag with a Quasi-One-Dimensional Quarter-Filled Band”, Synth. Met. 103 (1999) p.1806.
(12)“Variation of Electronic Phases in (R1,R2-DCNQI)2Ag: Systematic Change of the One-Dimensional Band by Chemical Substitution of R1 and R2”, Synth. Met. 103 (1999) pp.2090-2091.
(13)“Thermodynamics of BEDT-TTF Based Dimeric Salts”, Synth. Met. 103 (1999) pp.1903-1904.
(14)“Two Types of Charge Ordering in DCNQI-Metal Complexes Studied by 13C-NMR”, Synth. Met. 103 (1999) pp.1825-1826.
(15)“π-d Orbital Hybridization in the Metallic State of the Organic-Inorganic Complexes seen by 13C and 15N NMR at Selective sites”, Phys. Rev. B 60 (1999) p.14847-14851.
(17)“13C NMR study of an organic conductor, θ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4”, Physica B 281&282 (2000) pp.680-681.
(18)“Commensurate magnetic structure in κ-(BEDT-TTF)2X”, Physica B 284-288 (2000) pp. 1589-1590.
(19)“Phase control of strongly correlated organic conductor”, Physica B 284-288 (2000) pp.519-520.
(20)“Electronic specific heat at the boundary region of the meta-insulator transition in the two-dimensional electronic system of κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br”, Phys. Rev. B 61 (2000) pp.R16295-R16298.
(21)“Charge ordering in a quasi-two-dimensional organic conductor”, Phys. Rev. B 62 (2000) pp.R7679-R7682.
Research project
  • Precursory Research for Embryonic Science and Technology.;Structure and Transformation
Information research report
  • (In Japanese)鹿野田 一司. 分子配列の小さな変化で起こる電子状態の劇的な変化. 「さきがけ研究21」研究報告会「状態と変革」領域 講演要旨集(研究期間1997-2000),2000. p.6 - 7.