51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　佐々木孝彦

【発表のポイント】

• 量子スピン液体^※1候补である分子性有机物质^※2において、量子スピン液体の発现机构を解明するカギとなる「６K异常」で、パイ电子^※3と结合した特定の分子格子振动^※4の减衰状态が大きく変化する様子を中性子非弾性散乱実験^※5で初めて発见

• 减衰変化の起源としてBEDT-TTF分子の四量体化^※６（図1）を提案。分子性有机物质のスピン液体机构の解明に期待

• 世界的新型コロナウイルス感染症拡大下における日欧间の国际共同リモート実験による成果（図２*）

【概要】

一般财団法人総合科学研究机构中性子科学センターの松浦直人主任研究员、东北大学金属材料研究所の佐々木孝彦教授、东京电机大学理工学部の中惇准教授、山梨大学大学院総合研究部の米山直树教授らはドイツ?フランス研究グループとの国际共同研究により、量子スピン液体^※1の候补物质として长年研究されてきた分子性有机物质^※2κ-(叠贰顿罢-罢罢贵)₂Cu₂(CN)₃で、特定の分子格子振动^※4の减衰状态が6 Kを境に急激に変化することを世界で初めて発见しました（図１）。この研究では、新型コロナウイルス感染症の世界的拡大下において、仏国のラウエ?ランジュバン研究所での中性子非弾性散乱実験が国際リモート実験として実施されました（図２*）。また、分子二量体（ダイマー）^※６内の电荷の偏りを考虑した理论モデルとの比较により、6 K以下ではκ-(BEDT-TTF)₂Cu₂(CN)₃内のBEDT-TTF分子が四量体^※６を组むスピン一重项状态が形成されることが示唆されました（図３*）。この分子格子振动の特徴的な减衰は、他の电子诱电性を示す分子性有机物质においても、パイ电子^※3の秩序化に伴って変化することから、分子性有机导体ではパイ电子と特定の分子格子が强く结合していることを示しています。本成果は、分子性有机物质における分子格子と结合したパイ电子の物性研究を加速する成果です。

本研究成果は、米国の科学雑誌「Physical Review Research」版に12月20日付でオンライン掲载されました。

【用语解説】

※1：量子スピン液体
电子スピンが规则的に极低温でも整列せず、量子的にもつれた多くの状态が重なりあった状态のことです。整列した状态を固体、バラバラの状态を気体とすれば、気体と固体の中间であることからスピン液体と呼ばれます。

※２：分子性有机物质
炭素、水素、窒素、硫黄などの軽元素からなる有机分子（図１）が集まってできた物质を分子性有机物质と呼びます。

※３：パイ电子
原子が2個ずつ電子を出し合って結びつく2重結合には、シグマ結合、パイ結合という2種類の結合があります。シグマ結合は結合力が強く、シグマ結合を担うシグマ電子は結合間に局在する一方、パイ結合の結合力は弱く、パイ結合をになうパイ電子は物質全体に広がっています。本研究に用いられた分子性有機物質κ-(叠贰顿罢-罢罢贵)₂Cu₂(CN)₃ではパイ电子が二量体中に闭じ込められていますが、二量体中のどちらかの分子に偏る运动の自由度が残ります。

※４：分子格子振动
分子や原子はバネでつながって振动しています。このような振动は波として物质中に伝わり、波は固有のエネルギー値をもちます。このような物质を构成する分子や格子に起こる波を格子振动といいます。

※５：中性子非弾性散乱
中性子を试料に照射し、中性子と试料とのエネルギーのやり取りを精密に测定することにより、格子やスピンの振动、揺らぎを调べることができます。

※６：二量体、四量体
二量体（四量体）とは２つ（4つ）の分子が分子间に働く力や构造的な配置により１つのユニットとしてまとまったものです。（図１）

*図2、図3については、下记の详细をご覧ください。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所　
教授　佐々木 孝彦
罢贰尝：022-215-2025
贰-尘补颈濒：迟补办补丑颈办辞.蝉补蝉补办颈.诲3*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学金属材料研究所　
情报企画室広报班
罢贰尝：022-215-2144
贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.颈尘谤*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）