博士論文
μSR法によるダイマーモット有機物質の磁性研究
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μSR法によるダイマーモット有機物質の磁性研究
- 国立国会図書館永続的識別子
- info:ndljp/pid/9921960
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書誌情報
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デジタル
- 資料種別
- 博士論文
- 著者・編者
- 伊藤, 美穂
- 著者標目
- 出版事項
- 出版年月日等
- 2015
- 出版年（W3CDTF）
- 2015
- タイトル（掲載誌）
- 博士論文（埼玉大学大学院理工学研究科（博士後期課程））
- 授与機関名
- 埼玉大学
- 授与年月日
- 2015-03-24
- 授与年月日（W3CDTF）
- 2015-03-24
- 報告番号
- 甲第974号
- 学位
- 博士(理学)
- 博論授与番号
- 甲第974号
- 本文の言語コード
- jpn
- 対象利用者
- 一般
- 一般注記
- 一般に有機物は閉核の電子構造を採るため、有機物単体では絶縁体となる。しかし、1980 年に有機物質の一種、(TMTSF)2PF6 が低温高圧下で超伝導を示すことが発見され、以降多数の有機超伝導体が見出されてきた。本研究ではその中でも擬2次元系有機伝導体であるBEDT-TTF 系物質に注目した。これらは超伝導相と磁性絶縁相が隣接しているという特徴があり、BEDT-TTF 系物質ではスピン液体状態、モット絶縁体などに隣接している。このような隣接する絶縁相の性質は、超伝導の発現に対して重要な役割を演じているはずであり、超伝導を理解するためには、まずは絶縁相をキャラクタライズする必要があると言える。BETD-TTF 系物質は、有機分子BEDT-TTF とアニオン群X からなる有機物質であり、伝導層と絶縁層が交互に重なった層状構造を持ち、BEDT-TTF の配列によってα、β 型などと表記される。本研究の対象物質は、このような物質群の中でもκ型の配列を持つ、κ-(BEDT-TTF))2X である。ここで、X は1価のアニオン群X（X = Cu[N(CN))2]Br、Cu[N(CN))2]Cl である。この系は、金属相と常磁性絶縁相、低温では超伝導相と反強磁性絶縁相が一次転移を介して隣接しており、特徴として、BEDT-TTF 分子がダイマー構造を採ること、他の配列の物質と比べて高い超伝導転移温度を持つことなどが挙げられる。 κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl はこのκ型有機伝導体の中で重要な位置づけにあることから、多くの磁性研究が行われてきた。しかしながら、その磁性は非常に複雑で、反強磁性転移温度付近で、一度磁場を印加し、その磁場を切って零磁場に戻して測定した残留磁化の実験結果と、高磁場を印加して測定したNMR の実験結果のTN が異なることが報告されている。また、面内の相互作用が、1mT の典型的な双極場よりも小さいかそれくらいで、面間の交換場よりは106 程小さく、2次元性が非常に強い物質だということがわかっており、スピンS=1/2 ハイゼンベルグモデルと見なせる系である。今回この物質に零磁場μSR 法、ならびに磁化測定を適用した。μSR 法は、スピン偏極したミュオンをプローブとして物性研究を行う微視的実験手段であり、局所的な磁場の大きさやゆらぎ、分布などのダイナミクスの議論が可能である。しかし、加速器実験であるため、試料が大量に必要となる。そのため、大量合成が特に困難な有機伝導体では研究例が少なく、限定的となっている。特にκ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl は合成が非常に難しいとされており、本研究ではまず試料の大量合成法を確立し、次にイギリスのラザフォード・アップルトン研究所にて、μSR 実験を行った。この二つの実験からネール点を議論すると、静磁化率の測定より、TN は22.8 ± 0.02K と言う結果が得られ、μSR 実験からは、有限温度においてほぼ零磁場の状態（± 20mG）で反強磁性秩序転移を観測することに成功した。この結果から、κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl 絶対零度以外では磁気転移しないとされる2次元ハイゼンベルグモデルにおいて、自発的に磁気転移を起こすことが解かった。この磁気転移は極めて小さな面間の相互作用によるものか、3次元長距離秩序が自発的に起こったためだと考えられる。また、d8-κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)]2Br（d8…BEDT-TTF の端のを重水素化したもの）は、超伝導相と反強磁性相を隔てる一次転移近傍に位置しており、反強磁性相の中にわずかに超伝導相が存在している。結晶構造はκ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl とほぼ変わらない。しかしながらκ-(BEDTTTF)2Cu[N(CN)2]Cl と同じく、TN が磁場中と零磁場で異なる可能性があることは否めない。また、この結晶は相図上で、三重臨界点の可能性が考えられていたが、κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clのガス圧の測定で四重臨界点の可能性が示唆されており、四重臨界点近傍に位置するd8-κ-(BEDTTTF)2Cu[N(CN)]2Br の零磁場下における磁性状態は非常に興味深い。四重臨界点の構造、ならびに零磁場におけるTN を調査すべく、静磁化率測定とμSR 法を用いた。また、磁化測定も行った。磁化測定の結果より、d8-κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)]2 がヒステリシスを持つことがわかった。また、零磁場μSR の結果からTN が零磁場下では超伝導転移温度とほぼ変わらない値であることが解かった。 以上、2つの試料から結果、両結晶においてμSR 法を適用し、回転シグナルの観測から、κ型反強磁性体では初、μSR 研究の中では3例目、4例目の反強磁性シグナルの観測に成功した。第1 章概要 1第2 章κ 型BEDT-TTF 塩の物性82.1 BEDT-TTF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.1.1 BEDT-TTF 分子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 κ 型(BEDT-TTF)2X 塩. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3 特殊なκ 型塩. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.1 純三角格子構造を持つκ 型塩. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.2 ホールドープ型κ 型塩. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3.3 κ 型塩のまとめ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13第3 章本研究の目的143.1 κ 型反強磁性体の磁性状態. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.1.1 κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl の物性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.1.2 d8-κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br の物性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2 κ-Cl とd8-κ-Br の磁性状態のまとめ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.3 目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19第4 章実験方法 214.1 試料の合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.1.1 κ-Cl の合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.1.2 d8-κ-Br の合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.2 d8-κ-Br の合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.2.1 合成のまとめ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.3 静磁化率測定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.3.1 κ-Cl の実験のセットアップ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.3.2 d8-κ-Br の実験のセットアップ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.4 μSR 法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.4.1 ミュオンの基本的な性質. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.4.2 ミュオンの生成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.4.3 ミュオンの崩壊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.4.4 物質中のミュオン. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.5 μSR 法の原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.5.1 μSR スペクトルの測定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.5.2 ミュオンスピンの運動. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.5.3 横磁場ミュオンスピン回転法(TF-μSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.5.4 零磁場・縦磁場ミュオンスピン緩和法(ZF-μSR,LF-μSR) . . . . . . . . . . . . 364.5.5 緩和関数の具体的な形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.5.6 ミュオンビームの種類及び性質. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.6 μSR 実験. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.6.1 κ-Cl の実験セットアップ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.6.2 d8-κ-Br の実験セットアップ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41第5 章κ-Cl の結果 435.1 磁化測定の結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.2 μSR の結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.3 本実験で得たκ-Cl の磁性のまとめ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50第6 章d8-κ-Br の結果 516.1 磁化測定の結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.2 μSR の結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526.3 本実験で得たd8-κ-Br の磁性のまとめ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55第7 章考察 577.1 κ-Cl の結果の考察. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577.1.1 κ-Cl における磁化測定の結果の考察. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577.1.2 κ-Cl における零磁場μSR 測定の結果の考察. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577.2 d8-κ-Br の結果の考察. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597.2.1 d8-κ-Br における磁化測定の結果の考察. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597.2.2 d8-κ-Br における零磁場μSR 測定の結果の考察. . . . . . . . . . . . . . . . . 59第8 章結言 628.1 κ-Cl の結言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628.2 d8-κ-Br の結言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62第9 章謝辞 63参考文献 64指導教員 : 谷口弘三
- DOI
- 10.24561/00010350
- 国立国会図書館永続的識別子
- info:ndljp/pid/9921960
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