研究系及び研究施設の現状 125
中 村 敏 和（助教授）
A -1)専門領域：物性物理学
A -2)研究課題：
a) 擬一次元電子系の電荷秩序配列の決定 b)電荷局在状態の電荷・スピンダイナミックス c) 分子性導体における新電子相の探索
A -3)研究活動の概略と主な成果
a) 強相関低次元電子系の低温電子状態は，物理の基本的かつ重要な問題を含有しており，今なお非常に大きな注目を 浴びている。特に電荷局在状態の詳細な電子状態を理解することは，強相関電子系の競合電子相を理解する上で非 常に重要である。最近，(TMTTF)2MF6 (M = P, As, Sb) に対する13C NMR や誘電率測定が行われ，電荷分離状態，強誘 電状態の可能性が示唆されている。しかしながら，その電荷秩序配列の詳細については実験・理論の両面から非常に 注目を浴びているものの，ほとんど明らかにされていない。これまでのT MT T F 系に対する E S R 測定は，主に基底状 態の同定に主眼を置くもので，常磁性状態の詳細な研究はほとんど為されていない。我々は電荷局在状態に注目し， 一連の T MT T F 塩に対し詳細な E S R 測定を行った。高温金属相では，一連の T MT T F 塩の E S R 挙動に定性的な差は見 られないが，低温絶縁相では明瞭な差が見られる。特に E S R 線幅の異方性に注目すると T MT T F 系は，① R eO4・C lO4 塩（ T ype I ），② S bF6・A sF6塩（ T ype II ），③ B r・S C N 塩（ T ype III ）の３つのグループに大別できる。T ype I では，アニオ ンが秩序化する温度近傍で，E S R 線幅および磁化率にjumpが観測され，低温では異方性の変化とともに急激な線幅 の増加が観測される。T ype IIでは誘電率等に異常が観測される温度で，E SR 線幅はhumpを示し，その温度以下で徐々 に異方性が変化する。T ype III のグループでは，E S R 線幅の異方性に大きな変化は見られないが，反強磁性転移直上 でT ype I，T ype IIとは違った異方性の変化が観測される。我々は，低温局在相のE SR 線幅の異方性を考察し，各グルー プにおける電荷秩序配列のモデルを提案した[J. Phys. Soc. Jpn. 72 印刷中]。
b)NMR は微視的な観点から電荷・スピン状態にせまれる非常に強力な実験手法である。電荷秩序形成のダイナミック スは強電子相関系の競合電子相理解に不可欠で有るが，分子性導体に関してはNMR が唯一の測定手段といっても 決して過言ではない。またT MTC F 系では，わずかな圧力範囲にspin-Peierls相，整合反強磁性相，不整合S D W 相，超伝 導相が隣接していることがすでに知られており，物質（化学圧力）ならびに物理圧力による一般化相図が確立してい る。同一系（同一物質）で多彩な電子相が競合している例は他に類がなく，擬一次元電子系の理解を深めるのに非常 に有利な系である。我々は13C 同位体置換した T MT T F 分子を合成し，一連の T MT T F 系化合物に対する13C NMR 測 定を開始した。現在までに，(T MT T F )2B rおよび(T MT T F )2SC Nについて測定を行った。これらの塩では，1H NMR の結 果から，反強磁性相では一次元軸方向にスピンが–up–0–down–0–と配列していることが示され，常磁性相での電荷 秩序形成が強く示唆されている。S C N塩に対するX 線構造解析の報告では，アニオン秩序化に伴い電荷秩序状態が 出現していると考えられている。13C NMR 吸収線もアニオン秩序化相転移温度で分裂が起こり，T MT T F 分子の不均 化が示唆されているが，スペクトルおよびスピン格子緩和率は必ずしも単純ではない。詳細については検討中であ る。さらに(T MT T F )2A sF6についても測定を開始しており，電荷揺らぎ状態について考察を行っている。
c) 分子性導体における新電子相を探索するために，興味深い新規な系に対して微視的な観点から測定を行っている。
126 研究系及び研究施設の現状
本年度は以下の２つのテーマについて成果を取りまとめた。他のいくつかの系についても研究が進行中である。① 遍歴−局在複合スピン系の電子状態：(C HT M-T T P)2T C NQは，ドナー・アクセプターが分離積層構造を為し，それぞ れシートがスピン自由度を有する複合スピン系である。電気抵抗は，室温で弱い温度依存性を示した後，220 K で急 激な jumpを示す。しかしながら，それより低温でも，30 K 付近までは金属的な挙動を示す。この系に対し E PR のg値 の解析，1H NMR スピン格子緩和率測定から複合スピン系における寄与の分離を行った。その結果，T C NQ分子上の 局在スピンの実効モーメント減少とともに電気抵抗が大きくジャンプすること，さらに低温では局在スピンが完全 に消失す ることを明 らかにした。②有機二本 足梯子系のス ピンギャッ プと反強磁性 揺らぎの競 合：(BDTFP)2X- (PhCl)0.5(X = PF6, AsF6)は東北大高橋らによって開発された有機２本足梯子系である。我々は，この系の低温電子状
態を磁気共鳴測定により明らかにした。上記の２つの塩は，ほとんど結晶構造が同じであるにもかかわらず，低温電 子状態が顕著に異なっている。PF6塩は175 K 近傍で磁化率が急激に減少し，スピン一重項転移を起こす。一方，A sF6
塩は 250 K 近傍で磁化率の大きな jumpを伴う一次転移を示し，低温側では C urie的に振る舞う。しかし，低温の 50 K 以下で磁化率は急速な減少に転じ 14 K で反強磁性転移をおこす。スピンギャップ成長に伴い磁気モーメントはき わめて小さくなるが，鎖間の磁気双極子相互作用が有限に存在し，磁気秩序が起こることが分かった。
B -1) 学術論文
T. NAKAMURA, K. TAKAHASHI, T. SHIRAHATA, M. URUICHI, K. YAKUSHI and T. MORI, “Magnetic Investigation of Possible Quasi-One-Dimensional Two-Leg Ladder Systems, (BDTFP)2X(PhCl)0.5 (X = PF6, AsF6),” J. Phys. Soc. Jpn. 71, 2022–2030 (2002).
T. NAKAMURA, M. TANIGUCHI, Y. MISAKI, K. TANAKA and Y. NOGAMI, “Microscopic Investigation of a New Two-Component Organic Conductor with Itinerant and Localized Spins: (CHTM-TTP)2TCNQ,” J. Phys. Soc. Jpn. 71, 2208– 2215 (2002).
M. URUICHI, K. YAKUSHI, T. SHIRAHATA, K. TAKAHASHI, T. MORI and T. NAKAMURA, “Structural Phase Transition in Quasi-One-Dimensional Conductors (BDTFP)2X(PhCl)0.5 (X = PF6 and AsF6) [BDTFP = 5,7-bis(1,3-dithiol-2- ylidene)-5,7-dihydrofuro[3,4-b]pyrazine; PhCl= chlorbenzene],” J. Mater. Chem. 12, 2696–2700 (2002).
B -2) 国際会議のプロシーディングス
T. NAKAMURA, K. TAKAHASHI, T. ISE, T. SHIRAHATA, M. URUICHI, K. YAKUSHI and T. MORI, “Magnetic Properties of Organic Spin-Ladder Systems, (BDTFP)2X(PhCl)0.5,” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 376, 95–100 (2002).
T. NAKAMURA, T. TAKAHASHI, S. AONUMA and R. KATO, “g-Tensor Analyses of β’-Type Pd(dmit)2 Metal Complexes,” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 379, 53–58 (2002).
T. SAKURAI, Y. INAGAKI, S. OKUBO, H. OHTA, R. KATO and T. NAKAMURA, “Frequency Dependence Millimeter Wave ESR Measurements of Et2Me2P[Pd(dmit)2]2,” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 379, 59–64 (2002).
T. NAKAMURA, “Low-Temperature Electronic Phases of EDT-TTF Based Molecular Conductors,” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 380, 233–237 (2002).
S. FUJIYAMA and T. NAKAMURA, “NMR Study of Charge Localized States of (TMTTF)2Br,” J. Phys. Chem. Solids 63, 1259–1261 (2002).
研究系及び研究施設の現状 127 B -3) 総説、著書
T. NAKAMURA, M. TANIGUCHI, Y. MISAKI, K. TANAKA and Y. NOGAMI, “ESR Investigation of Organic Conductor with Itinerant and Local Spins, (CHTM-TTP)2TCNQ,” in EPR in the 21st Century, A. Kawamori, J. Yamauchi and H. Ohta, Eds., Elsevier Science; Amsterdam (2002).
B -4) 招待講演
T. NAKAMURA, “ESR Investigation of Charge Localized States in (TMTTF)2X,” International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals, Shanghai (China), June 2002.
B -6) 学会および社会的活動 学協会役員、委員
日本物理学会 領域７世話人 (2000-2001). 日本物理学会 評議員 (2001- ).
日本物理学会 名古屋支部委員 (2001- ).
日本化学会 実験化学講座編集委員会 委員 (2002- ).
B -7) 他大学での講義、客員
名古屋大学理学部化学科 , 「物性化学１」, 2002年 10月−2003年 3月 .
C ) 研究活動の課題と展望
本グループでは，分子性導体の電子構造（磁性，電荷）を主に微視的な手法（NMR ，E SR ）により明らかにしている。これまで にNMR 分光器２台が稼働し，平成１４年度には３台目のNMR 分光器が整備され間もなく通常運転を開始する。さらに高圧下・ 極低温下といった極端条件での測定システム構築を行っている。分子性導体における未解決な問題を理解するとともに，新 奇な分子性物質の新しい電子相・新機能を探索する。
