【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24MS1076
利用課題名 / Title
κ型BEDT-TTF塩に対する歪印加下での磁性測定
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
電子スピン共鳴, 有機超伝導体, 金属絶縁体転移, 一軸歪,超伝導/ Superconductivity,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
伊東 裕
所属名 / Affiliation
名古屋大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
馬場 勇佑
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes
藤原 基靖
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
MS-215：電子スピン共鳴（EMX）
MS-217：電子スピン共鳴（E580）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
有機超伝導体における超伝導と近接する絶縁相との関係は、超伝導メカニズムを解明する観点から注目を集めてきた。本課題では、有機超伝導体κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2単結晶をプラスチック基板に貼り付け、図１のように治具で挟んで印加した引張歪下の電気抵抗測定から見出された絶縁状態の磁性を明らかにすることに挑戦した。当物質はBEDT-TTF分子ダイマーが三角格子を形成し、三角格子の異方性に応じて絶縁相が反強磁性を示すか、非磁性、スピン液体状態をとるかの３つの可能性が考えられ[1]、これを低温でのESR測定により解明できると考え、実験を行った。
実験 / Experimental
ESR測定はこれまで名古屋大学の弊研究室に設置されたBruker E500 を用いて行ってきたが、弊研究室の田中久暁助教が千歳科学技術大学へ転出しESR装置を移転させることになったことから、分子研の機器利用によりESR測定を継続することとした。これまでの名古屋大学における実験から、
1. ESR信号を検出するためにはある程度の試料量が必要である。
2. 半面、1 μm以上の厚い試料だと歪が均質にかからない。
という二律背反の問題点があり、分子研での実験では、複数の薄い試料を向きを揃えて並べることによりこれを解決することを試みた。
分子研の山本浩史教授との協力研究（JPMXP1224MS0028）により、新しいκ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 試料を作製し、図２左のようにプラスチック基板上に複数枚貼り付けた。この基板を小さく切り、図２右に示したダイフロン製の歪治具に挟んで凸面に曲げることにより、引張歪を印加した。歪の大きさは名古屋大学内のレーザー顕微鏡により試料長さを実測することで評価した。
室温において、Bruker E580、Bruker E500の２つのESR装置を比較検討した結果、E580を用いて測定することになった。低温でのESR測定を行ったところ、図３に示すようにほとんど温度依存しない狭い線幅をもつキュリースピンが観測され、試料単結晶本来のバルク起源の幅の広いシグナルはほとんど観測されない結果となった。このキュリーシグナルについては図３に示すように歪印加の前後でほとんど変化が見られない。
結果と考察 / Results and Discussion
観測されたキュリースピンは、不純物あるいは欠陥由来と考えられる。幅の狭いキュリー信号の相対割合と膜厚の関係をプロットすると、図４に示すように薄い試料ではキュリースピンの割合が相対的に多くなることがわかった。バルク信号を覆い隠してしまうほどの、大きい信号が観測された理由として、薄い試料では表面の割合が大きく欠陥の影響を受けやすいことに加えて、試料を並べる際に先に並べた試料が溶けだし、欠陥が入ったことが考えられる。試料の並べ方の工夫が必要である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 引張歪下の電気抵抗測定法(左)と0.5%歪下で測定された絶縁的電気抵抗(右)
図２ プラスチック(PEN)基板上に向きを揃えて貼り付けたκ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2単結晶(左)と、ESR測定用歪治具(右)
図３ ESR信号の温度依存性 (左)歪印加前 (右)0.5%引張歪印加下
図４ 50Kでのキュリースピン信号強度の相対割合と試料厚みとの関係
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
[1] A. Pustogow, Solids, 3, 93–110 (2022).
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件