先端超高圧技術を用いた特異な有機超伝導体の研究

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本研究は、有機超伝導体、κ-(BEDT-TTF)_4Hg_2.89Br_8,κ-(BEDT-TTF)_4Hg_2.78Cl_8の特異な高圧下物性の理解をさらに深めるため、我々が持つさまざまな圧力下物性測定技術を駆使して、研究を推し進めるものである。これら2物質は、κ-型の結晶構造、すなわち強く二量体化した分子構造を持ち、バンド計算では、U/Wが1よりも大きく、この意味で、絶縁体的振る舞いが期待される。しかし、常圧では両物質とも、金属的な物性を示し、しかもBr塩では、超伝導も示す。また、Cl塩でも比較的低い圧力下で超伝導が出現すると報告されている。このようなバンド計算と実際の物性との間での矛盾は、これらの塩の超伝導が水銀イオンの不定非組成に由来したドーピング効果によるもであると考えられる。このため、これらの塩は、有機物質では唯一となる、nearly half-filledbandを持つ物質として、強相関系物質の中で重要な位置を占めていると考えられる。このような物質の物性の理解は、有機伝導体のみならず、銅酸化物超伝導体の理解に役立つことが期待される。本年度は、昨年度にある程度成果が得られた実験をさらに推し進めた。以下に得られた成果を挙げる。1)圧力下交流磁化率測定:我々は、相互誘導法による圧力下交流磁化率測定により、これらの物質の超伝導を調べた。前年度の研究成果として、HgB塩の超伝導の超伝導体積分率が、誤差の範囲内でほぼ完全であることが確認されたことが挙げられる。本年度は、HgCl塩についても同様の実験を行った結果、この物質では初めて超伝導のマイスナー効果が観測され、この物質の超伝導が本物であることが証明された。なお、この物質の超伝導めOnsetは2K程度と低く、現時点での我々の最低到達温度(1.1K)では、転移が完了していないため、完全反磁性の観測には到らなかった。今後この技術をさらなる低温領域にか拡張する必要性がある。2)圧力下ホール効果測定:昨年度に、HgBr塩の常伝導状態のホール係数がキューリーワイスの法則に従うという、極めて異常な現象を観測し、分析を進めた。その結果、この現象は、この物質が持つ磁気揺らぎに深く関連していることが判明した。本年度は、HgCl塩についても、同様の研究を行い、この物質においても、同様の現象を観測した。このような特異な金属状態と、その下で発生する超伝導との関わりは極めて興味深く、今後の理論研究にも、おおいに期待できる。