局在f電子スピンによる新しい分子性複合物性系

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世界初の有機反強磁性超伝導である、κ-(BETS)_2FeBr_4の温度-圧力相図を完成し、Journal of Materials Chemistry誌に報告した。BETSとは有機伝導体を形成するのに有用な有機ドナーの一種であり、代表的な磁性アニオンであるMX_4^-(M=Feなど,X=Cl,Brなど)との錯体は、多形(λ-型とκ-型)を示す。特にλ-型は高い超伝導転移温度や、d-電子の関与による絶縁化など、極めてユニークな電子物性が近年注目を集め、その物性が詳しく調べられて来ていた。これに対して、さらに近年、κ-型の塩κ-(BETS)_2FeBr_4に、有機物で世界最初の、常磁性金属-反強磁性金属-超伝導という逐次相転移が発見され、その機構に興味が集まってきていた。このような状況下、特に反強磁性金属、超伝導状態、の各転移におけるπ電子-d電子間の相関を調べるため、κ-(BETS)_2FeBr_4の極低温における圧力下・磁場下での伝導度測定を行った。その結果、静水圧を物理的に加えてπ電子-d電子間の相互作用を系統的に変化させることによって転移点の変化する様子がはっきりと観察された。反強磁性転移点は静水圧印加とともに高温へ、超伝導転移点は低温へとシフトした。この結果はBrをClに部分的に置換することで得られる化学的圧力の効果と対照的であり、反強磁性相転移におけるπ-d相互作用の重要性を示す結果となった。伝導度だけでなく、磁気測定によって磁性伝導体の研究を行うための手法を開発するために、磁気トルク測定法を検討した。近年、磁気トルクの検出に、マイクロカンチレバーを利用する手法が開拓され、従来困難だった、有機磁性体の単結晶のような小さな試料を用いての磁気測定に道が開かれつつある。最終的に、0.3Kまでの低温で、微小な単結晶を用いて磁気トルクを測定することができるようになった。現在のところ、λ-型の塩の一種について反強磁性体特有のスピンフロップを観測する事に成功しており、この装置は今後の磁性伝導体研究に多いに活用されるものと期待される。