課題番号 ：S-15-MS-0001
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：液体ゲートを用いた分子性伝導体に対する高密度キャリアドーピング
Program Title (English) ：High-density carrier doping into molecular conductors using liquid gating
利用者名（日本語） ：川椙義高, 佐藤慶明
Username (English) ：Yoshitaka Kawasugi, Yoshiaki Sato
所属名（日本語） ：理化学研究所
Affiliation (English) ：RIKEN

１．概要（Summary）
本研究では、相転移トランジスタに関する知見を得るため、液体ゲートを用いた分子性伝導体に対するキャリアドーピングの効果を調べた。モット絶縁体-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clを材料として、イオンゲルを用いた電気二重層トランジスタ(EDLT)を作製した。ホール効果測定と理論計算の結果、対象物質のバンド構造を反映して、電子ドーピングと正孔ドーピングで異なる金属状態が実現している可能性が示唆された。
２．実験（Experimental）
分子性伝導体・有機トランジスタ作製評価の合成設備を用いて-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clの薄片状単結晶を電解合成し、電極をパターニングした基板上に載せて乾燥させた。その後イオン液体またはイオンゲルを滴下し、液体ゲートとした。作製した試料は分子性伝導体・有機トランジスタ作製評価の超伝導電磁石付き冷凍機を用いて冷却し、低温環境下で電界効果を測定した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
モット絶縁体-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clに対してEDLTドーピングを行ったところ、電子、正孔どちらのドーピングに対しても電気抵抗が大きく減少した。ホール効果測定によってそれぞれのドーピング下のキャリア密度を見積もると、それぞれの状態のキャリア数が３倍程度も異なっていた。これはフェルミ面(波数空間上で金属状態の電子が描く等エネルギー面)の形状が極めて非対称であることを示唆する。クラスター摂動論による理論計算の結果、正孔ドーピングではゆらぎの強いフェルミアーク状態が、電子ドープ状態では電子相関の影響が弱い金属状態が出現していることが明らかになった。フェ

ルミアーク状態はこの物質のvan Hove特異点に起因していると考えられ、電子相関による相転移においても非相関のバンド構造が強く影響することがわかった。
４．その他・特記事項（Others）
本研究は理化学研究所柚木グループ、および名古屋大学竹延グループとの共同研究である。
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 川椙義高、関和弘、枝川祐介、佐藤慶明、蒲江、竹延大志、山本浩史、加藤礼三, 11th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets, 平成27年9月10日.
(2) 川椙義高、関和弘、枝川祐介、佐藤慶明、蒲江、竹延大志、山本浩史、加藤礼三, 日本物理学会2015年秋季大会, 平成26年9月16日.
(3) 佐藤慶明、川椙義高、山本浩史、加藤礼三, 日本物理学会2015年秋季大会, 平成26年9月16日.
(4) 川椙義高, 日本物理学会第71回年次大会, 平成28年3月19日.
(5) 佐藤慶明、川椙義高、山本浩史、加藤礼三, 日本物理学会第71回年次大会, 平成28年3月21日.
６．関連特許（Patent）
なし。