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 理学部 物理学科 物性物理学教室
 Solid State Physics Laboratory

教授:
  西尾 豊
■ 概要
物性物理学教室では,さまざまな物質中における電子の動的な性質についての理解を得ることを目的とした実験的研究をおこなっている。研究対象は,有機半導体,有機超伝導体,新たに発見した有機ゼロギャップ伝導体などである。液体ヘリウムを用いた低温装置(4He冷凍器,3He冷凍器,3He-4He希釈冷凍器)により,室温(絶対温度300K)から極低温(0.05K)まで, 超伝導磁石(7T横磁場型,9Tおよび14T縦磁場型)を用いた強磁場中, クランプセル型の圧力印加装置によって最大20kbarの圧力下で, 電気抵抗, ホール効果, 磁気抵抗などの電子輸送現象および比熱,潜熱などの熱測定の装置を保有し研究を行なっている。
1.有機ゼロギャップ伝導体
有機伝導体α-(BEDT-TTF)2I3は,新しい型の伝導体であり,従来知られていたどの伝導体とも異なる特異な伝導特性を示す。この現象を見つけた我々の研究室では,その出現機構および物性を明らかにすべく研究を重ねてきた。最近この物質が長年期待されていたゼロギャップ伝導体であること明らかとなった。ゼロギャップ伝導体としてグラファイトの単層膜であるグラフェンがすでに知られているが,α-(BEDT-TTF)2I3は厚みをもった通常の結晶である。
 今年度は,この物質および類縁物質の伝導特性を調べた。特に、この物質の二次元伝導面に垂直な方向に磁場を印加したとき生まれるランダウ電子の寄与に注目をした。その目的を達成するため通常のホール効果に加え、層間電流を流したときのホール効果および伝導度テンソルの測定を行いゼロギャップ伝導体の特徴を明らかにした。
2.層状有機伝導体の面間方向抵抗に対する横磁場(層内方向の磁場)の効果とフェルミ面
層状有機伝導体の電子エネルギー帯の構造は比較的単純である。本研究室では,金属的特性を持つ電子系のフェルミ面の形状を電気伝導の実験結果から決定できるかどうかという問題を取り上げてきた。電気伝導に対する磁場の効果,いわゆる磁気抵抗がフェルミ面の形状に関する情報を含んでいることはよく知られており,磁場方向依存磁気抵抗振動(梶田振動)を使えば2次元フェルミ面をの形状を決定できる。本年度は,二次元面に垂直な方向の電流を流し,電流に垂直な方向から磁場を印加した場合の磁気抵抗を用いたフェルミ面形状の決定の可能性を検討した。その結果,楕円形に近い形のフェルミ面であれば可能であることを実際の物質に適用し確認した。さらに担体の移動度が高い試料の入手できる有機伝導体について, 圧力印加によってフェルミ面の変化する様子を明らかにした。
3.金属相,超伝導相,電荷秩序相の共存する領域における非線形電気伝導
有機伝導体β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6は数kbarの静水圧を印加すると低温で金属相,超伝導相,電荷秩序相が顔を出す興味深い物質である。これら三つの相は温度、電場、磁場、圧力等のパラメータ空間で隣接しており,複数の相が共存している領域もあると考えられている。本年度は,超伝導相と電荷秩序相の共存状態を調べる目的で,磁気抵抗効果,非線形電気伝導の観測を行い、抵抗がそれぞれのパラメータに対しどのような依存性を持つのか定量的に見積もった。
4.磁場誘起超伝導体λ-(BETS)2FeCl4における反強磁性絶縁体転移
我々は磁場誘起超伝導でよく知られる有機伝導体λ-(BETS)2FeCl4のゼロ磁場低温で観測される反強磁性絶縁体状態について調べてきた。そこでは、この物質に含まれるFeの3dスピンがπスピンと共に反強磁性秩序を形作っていると考えられてきた。ところが最近行った比熱測定から、Feのスピンは磁性秩序が形成された後もふらふらと動いているのに対し、超伝導を担うはずのπ電子自身が絶縁化と同時に反強磁性秩序を形成することが明らかとなってきた。本年度はFeとπ電子との相互作用が低次元電子系の伝導と磁性に対する効果を調べるため、Fe濃度、相互作用の大きさの制御を行いFeのエントロピー変化から転移の形成過程を考察した。
5.有機伝導体Et2Me2Sb[Pd(dmit)2]2の電荷整列
有機伝導体Et2Me2Sb [Pd(dmit)2]2は伝導電子間に強い相互作用が働き、電子が局在しスピンの自由度を持ったMott絶縁体状態にある。スピンが正三角形に配置し交換相互作用が反強磁性的であるため磁気的フラストレーションの状態にあり、スピン系は内部エネルギーを下げられないため、電荷の移動によるスピン自由度の消滅を伴った電荷整列状を形成する。また加圧すると高温相であるMott状態から金属状態へ変わるが、低温の基底状態は電荷整列相である。本年度はMott絶縁体、金属、電荷整列状態の3相が競合する特異な相転移の機構を明らかにするために,小型クランプセルを用いた圧力下の高感度比熱測定装置を用いて3相間のエントロピー差の見積もりを行なった。
■ Keywords
電子物性, 有機伝導体, ゼロギャップ伝導体, 超伝導, 電子輸送現象, 熱測定、相転移, 角度依存磁気振動効果(梶田振動), 低温物理
■ 当該年度の研究費受入状況
1.  新学術領域研究 公募研究
 研究課題:BETS系の低温電子状態  (研究代表者:梶田晃示)
 研究補助金:2500000円  (代表)
2.  基盤研究(B)(一般)
 研究課題:有機金属イオン液体の合成、電子物性、化学反応  (研究分担者:西尾 豊)
 研究補助金:200000円  (分担)
■ 教授・准教授・講師の公的役職
1.  西尾豊 :物理学科主任
■ 当該年度研究業績数一覧表
研究者名 刊行論文 著書 その他 学会発表 その他
発表
和文英文 和文英文 国内国際
















西尾 豊   教授
理学博士
    4          
(1)
 20
 
(6)
 
 
 
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(1)
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研究者名 刊行論文 著書 その他 学会発表 その他
発表














西尾 豊   教授
理学博士
         
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(  ):発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会 (  ):発表数中の特別講演、招請講演、宿題報告、会長講演、基調講演、受賞講演、教育講演(セミナー、レクチャーを含む)、シンポジウム、パネル(ラウンドテーブル)ディスカッション、ワークショップ、公開講座、講習会
■ 刊行論文
原著
1. Sugawara S, Tamura M, Tajima N, Sato M, Kato R, Nishio Y, Kajita K.:  Temperature Dependence of Inter-Layer Longitudinal Magnetoresistance in α-(BEDT-TTF)2I3: Positive versus Negative Contributions in a Tilted Dirac Cone System.  Journal of the Physical Society of Japan  79 (11) :113704 , 2010
2. M. Sato, K. Miura, S. Endo, S. Sugawara, N. Tajima, K. Murata, Y. Nishio, and K. Kajita:  Transport Phenomenon of Multilayer Zero-Gap Conductor in the Quantum Limit.  Journal of the Physical Society of Japan  80 (2) :023706 , 2011
3. S.Niizeki, T.Asano, K.Takahashi, H.Mori, H.Matsuzaki, H.Okamoto, Y.Nishio:  Peculiar electric-field-induced metastable state of charge-ordered molecular conductor β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6.  Physica B  405 (11) :S37-S40 , 2010
4. Tajima N, Sato M, Sugawara S, Kato R, Nishio Y, Kajita K.:  Spin and Valley Splittings in Multilayered Massless Dirac Fermion System.  Physical review B  82 (12) :121420 , 2010
総説及び解説
1. 田嶋尚也, 梶田晃示:  有機ゼロギャップ伝導体---ゼロモード効果と電気伝導性---.  固体物理  45 (11) :719 , 2010
2. 田嶋尚也:  有機固体におけるディラック電子と磁場効果.  物理科学雑誌 パリティ  26 (1) :27 , 2011
■ 学会発表
国内学会
1. ◎佐藤光幸,三浦克哉,遠藤里実,菅原滋晴,田嶋尚也,村田惠三,西尾豊,梶田晃示: 磁場中での有機ゼロギャップ伝導体の伝導現象.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
2. ◎三浦克哉,佐藤光幸,遠藤里実,菅原滋晴,田村雅史,田嶋尚也,西尾豊,梶田晃示: 有機ゼロギャップ伝導体α-(BEDT-TTF)2I3のアニール効果.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
3. ◎秋葉宙、登健人,松崎祐介,西尾豊,梶田晃示,加藤礼三,周彪,小林昭子,小林速男: λ-BETS系における常磁性金属-反強磁性絶縁体転移.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
4. ◎松崎祐介,北村竜一,秋葉宙,登健人,西尾豊,梶田晃示,周彪,小林昭子,小林速男: λ-(BETS)2FeCl4系における常磁性金属-反強磁性絶縁体転移III.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
5. ◎鈴木勝博,矢倉大資,佐藤光幸,内藤俊夫,西尾豊,梶田晃示: (TMTSF)2ClO4の圧力印加によるフェルミ面の変化.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
6. ◎遠藤里実,佐藤光幸,三浦克哉,菅原滋晴,田嶋尚也,村田惠三,西尾豊,梶田晃示: 分子性導体α-(BEDT-TSeF)2I3の抵抗率テンソルの非対角成分測定.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
7. ◎三浦克哉,佐藤光幸,遠藤里実,菅原滋晴,田村雅史,田嶋尚也,西尾豊,梶田晃示: 格子欠陥を導入した有機ゼロギャップ伝導体α-(BEDT-TTF)2I3の磁場中電気伝導特性.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
8. ◎秋葉宙,登健人,松崎祐介,西尾豊,梶田晃示,加藤礼三,周彪,小林昭子,小林速男: λ-(BETS)2FeCl4の常磁性金属-反強磁性絶縁体転移の磁場効果.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
9. ◎松崎祐介,北村竜一,秋葉宙,登健人,西尾豊,梶田晃示,周彪,小林昭子,小林速男: λ-(BETS)2FeCl4系における常磁性金属-反強磁性絶縁体転移II.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
10. ◎菅原滋晴,佐藤光幸,田嶋尚也,田村雅史,西尾豊,梶田晃示: 層状ゼロギャップ伝導体α-(BEDT-TTF)2I3の正の層間縦磁気抵抗.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
11. ◎田中友樹,佐々木和彦,松崎祐介,木村仁祥,西尾豊,梶田晃示,加藤礼三: Et2Me2Sb[Pd(dmit)2]2の圧力下における電荷整列の熱的性質II.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
12. ◎登健人,秋葉宙,松崎祐介,西尾豊,梶田晃示,加藤礼三,周彪,小林昭子,小林速男: λ-(BETS)2FeCl4におけるGa置換系の熱測定II.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
13. ◎油井巨樹,西尾豊,梶田晃示,大山勝,持田智行: 選択重水素置換MeHPLN系に於けるメチル基の回転と反強誘電転移II.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
14. ◎鈴木勝博,佐藤光幸,菅原滋晴,内藤俊雄,西尾豊,梶田晃示: 擬1次元有機伝導体(TMTSF)2ClO4の磁気抵抗効果.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
15. ◎三浦克哉,佐藤光幸,遠藤里実,菅原滋晴,田村雅史,田嶋尚也,西尾豊,梶田晃示: 有機ゼロギャップ伝導体α-(BEDT-TTF)2I3のアニール効果.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
16. ◎開康一,北原昌嗣,高橋利宏,秋葉宙,西尾豊,田中寿,周彪,小林昭子,小林速男: λ-(BETS)2Fe1-xGaxCl4系の77Se NMR研究 II.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
17. ◎村口隆宣,山根由也,西尾豊,梶田晃示,田島裕之,松田真生,内藤俊雄,稲辺保: フタロシアニン分子系伝導体TPP[M(Pc)(CN)2]2の比熱測定.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
国際学会
1. ◎田嶋尚也,佐藤光幸,菅原滋晴,加藤礼三,西尾豊,梶田晃示: 多層Dirac電子系:エッジ効果と異常な電気的性質.  日本物理学会,  新潟,  2011/03
2. ◎三浦克哉,佐藤光幸,遠藤里実,菅原滋晴,田村雅史,田嶋尚也,西尾豊,梶田晃示: 有機ゼロギャップ伝導体α-(BEDT-TTF)2I3のアニール効果.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
3. ◎H. Akiba, K. Nobori, Y. Nishio, K. Kajita, R. Kato, B. Zhou, A. Kobayashi and H. Kobayashi: Magnetic and Thermal Properties of Antiferromagnetic Insulator λ-BETS2FeCl4.  International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010,  Kyoto,  2010/07
4. ◎Kazuhiko Sasaki, Yusuke Matsuzaki, Tomoki Tanaka, Yutaka Nishio, Koji Kajita, Reizo Kato: Charge Separation in Et2Me2Sb[Pd(dmit)2]2 System.  International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010,  Kyoto,  2010/07
5. ◎Kotaro Takahash, Yutaka Nishio, Koji Kajita, Reizo Kato: Thermal Study of Valence Bond Ordering on EtMe3X[Pd(dmit)2]2 Systems.  International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010,  Kyoto,  2010/07
6. ◎M.Sato, S. Endo, K. Miura, N. Tajima, Y. Nishio and K. Kajita: Interlayer Hall Effect in Organic Conductor, α-(STF)2I3.  International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010,  Kyoto,  2010/07
7. ◎Y. Matsuzaki, A. Kurauchi, H. Akiba, Y. Nishio, K. Kajita, B. Zhou, A. Kobayashi and H. Kobayashi: Paramagnetic Metal-Antiferromagnetic Insulator Transition in λ-(BETS)2FeCl4 System.  International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010,  Kyoto,  2010/07
その他
1. ◎秋葉宙, 西尾豊, 梶田晃示: λ-BETS系における常磁性金属-反強磁性絶縁体転移.  新学術領域研究「分子自由度が拓く新物質科学」 第4回領域会議,  東京,  2011/01
2. ◎田嶋尚也,佐藤光幸,菅原滋晴,田村雅史,加藤礼三,西尾豊,梶田晃示: α-,θ-(BEDT-TTF)2I3におけるDirac電子.  日本物理学会,  大阪,  2010/09
3. ◎Y. Matsuzaki, R. Kitamura, H. Akiba, K. Nobori, Y.Nishio, K.Kajita, B.Zhou, A.Kobayashi and H. Kobayashi: Phase Transition in λ-(BETS)2FeCl4 System.  International Symposium on "Multifunctional Organic Materials and Devices",  Narashino,  2010/11
  :Corresponding Author
  :本学研究者