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Kawamoto Atsushi

Faculty of Science　Physics　Electronic Condensed Matter PhysicsProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • Dr., Nagoya Univ.
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 超伝導
  • 有機超伝導体
  • 強相関電子系
  • ナイトシフト
  • 高圧
  • 有機伝導体
  • 圧力下NMR
  • 高速AD変換システム
  • 反強磁性
  • 磁場誘起金属絶縁体転移
  • 電荷秩序
  • 部分重水素置換
  • 核四極子
  • Mott境界
  • TTF=TCNQ
  • 誘電物性
  • p-d相互作用
  • 同位体置換
  • 角度依存
  • 圧力
  • NMR
  • BEDT-TTF
  • FFLO
  • 13C-NMR
  • ^<13>C
  • TMTSF
  • 133C-NMR
  • DCNQI
  • SDW
Research Field
  • Nanotechnology/Materials, Organic functional materials
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • 2012 - 2013
    Hokkaido University, 理学(系)研究科(研究院), 教授

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • 極低温物理学, 2024年, 修士課程, 理学院
  • 現代物理学入門, 2024年, 修士課程, 理学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • データ処理入門, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 振動と波動の物理, 2024年, 学士課程, 理学部
■ Affiliated academic society
  • THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN
■ Research Themes
  • Study of electronic dynamics on Metal-Insulator phase boundary of lambda-BETS salts
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2023 - 31 Mar. 2026
    河本 充司
    磁場誘起超伝導やFFLO超伝導の可能性が示唆される λ-(BETS)2FeCl4の磁気秩序状態や磁場誘起超伝導の要因であるπ-d 相互作用に関して我々は、一般化相図上でより絶縁体側にシフトさせたBEST分子を用いて、BETS塩での磁気転移に伴う金属絶縁体転移が絡み合い現象が複雑な状況を、磁気転移が絶縁体下で起きるシンプルな状態にして研究している。本年度はこの塩の常圧の13C-NMR を行いその結果をPhys. Rev. B に公表した。圧力下において参照物質である非磁性イオンを含むλ-(BEST)2GaCl4は、常磁性絶縁相を挟んだ２つの反強磁性相が存在することが埼玉大学との共同研究で明らかになった。これは、過去の理論的な研究から指摘されている複数のスピン構造の可能性と関連していると考えられる。この２つの反強磁性相は過去のλ塩の研究からは見つからなかったものである。このことは、BETS を含むλ塩の磁気基底状態がなんであるかを調べるための重要な知見を与えると考えられる。
    またπ-d 相互作用が存在するλ-(BEST)2FeCl4 でその温度圧力相図がどのようなものになるかは興味深い。２つの塩の温度圧力相図の違いは、π-d 相互作用の有無によるものと考えられる。そこで現在、λ-(BEST)2FeCl4の圧力下13C NMRを行っている。現在のところ常圧で観測されたAF相がTNが上昇し、内部磁場が増大する形で高圧下でも存在し、λ-(BEST)2GaCl4で観測された常磁性絶縁相やあらたなAF相は観測されていない。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 23K04685
  • NMR Study on Plastic Ferroelectric Crystal
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2022
    Kawamoto Atsushi
    In order to investigate the mechanism of ferroelectricity and molecular motion of quinuclidinium rhenate, which is a plastic ferroelectric material, using D-NMR, we established a synthetic route of deuterated quinuclidinium, in which deuterium is selectively bonded to the nitrogen of quinuclidine. X-ray diffraction and differential thermal analysis showed that the lattice parameter was the same as that of the non-deuterated form, and no significant difference in the phase transition temperature due to the substitution effect was observed. Sharp multiple spectra were observed by D-NMR at room temperature, suggesting the existence of some molecular motion even in the low symmetry phase (LTP).
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 19K03758
  • General phase diagram and unconventional superconductivity of lambda-type organic superconductors
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2019
    KAWAMOTO Atsushi
    Site-selective 13C-NMR is one of the best probes for investigating the microscopic electronic properties of an unconventional organic superconductor, lambda-(BETS)2GaCl4. We revealed the antiferromagnetic fluctuation at high temperature and crossover behavior to Fermi liquid state at low temperature. We also found the development of 1/T1T just above Tc. To reveal the origin of the development, we examined the insulator phase adjacent the superconducting phase and we found a SDW phase on the insulating salt of lambda-(BETS)2GaBr0.75Cl3.25 suggesting the development of 1/T1T is due to the SDW fluctuation and the possibility of the superconductivity intermediated by SDW fluctuations.
    We also performed 69/71Ga NMR, which can directly detect charge properties. The behavior of 1/T1T at low temperature could be interpreted by magnetic fluctuation and the results supported the SDW fluctuation just above Tc.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 16K05427
  • Investigation of the symmetry of superconducting gap and the FFLO state in a novel organic superconductor with the charge disproportionation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2012 - 2014
    KAWAMOTO Atsushi; IHARA Yoshihiko
    The organic salt, beta’’-(BEDT-TTF)4[(H3O)Ga(C2O4)3]C6H5NO2 is suggested to be a novel organic superconductor mediated by charge fluctuations. In addition, the upper critical field exceed its Pauli limit was reported.
    We performed single crystal 13C-NMR experiments on the sample with selective site isotope substitution and found the charge separation with 0.6e and 0.13e for each. We also discussed the charge disproportionation pattern using the result of the ratio of the peak intensity. We also performed single crystal 13C-NMR experiments on the sample of Fe modification where non-magnetic Ga ions were replaced with magnetic Fe ions to investigate the influence of the magnetism of Fe ions to the superconductivity. As the results we found the negative exchange interaction from Fe ions and estimated the characteristic timescale of Fe ions dynamics under the field, suggesting the possibility of a field induced superconductivity of the Fe salt.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 24540353
  • ^<13>C-NMR study of the exotic superconducting state in TMTSF salt using single site enriched molecule.
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(C))
    2008 - 2010
    Kawamoto ATSUSHI
    (TMTCF)_2X, X=S,Se family is a quasi-one-dimensional conductor and well investigated from the aspect of its low dimensional transport properties and superconductivity. Recently the high upper critical field that exceed the Pauli limit and triplet superconductivity were suggested. ^<13>C-NMR is one of powerful tools to clarify such exotic electronic properties from a microscopic viewpoint. However, there is a problem caused by dipole-dipole interaction between ^<13>C nuclei on conventional double side substitution to the central C=C. Then, the new synthesis route of double side substitution to the central C=C is desired. We developed the new route of the single side substitution and determined the hyperfine coupling tensor of (TMTSF)_2X salt.We found the spatial inhomogeneity of commensurate SDW structure as the sub phase of the incommensurate SDW phase from ^<13>C-NMR spectrum in (TMTSF)_2PF_6. We also revealed the connection between the SDW fluctuation and the non-Fermi liquid behavior just above the superconductive transition temperature observed on the transport measurements.
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(C), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 20540338
  • Electronic Dynamics Study by NMR using isotope substitution
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(C))
    2006 - 2007
    Atsushi KAWAMOTO
    In order to investigate the charge dynamics, we planned to ^2D-NMR on TTF-TCNQ salts. TTF-TCNQ is a most famous charge transfer salt, which shows CDW transition at low temperature. However there are few spectroscopic studies on the dynamics o CDW. NMR is one of the most powerful tools for magnetism. NMR also can probe the charge dynamics via nuclear quadrupole interaction. Therefore ^2D-NMR is good idea for the charge dynamics. ^2D-NMR probes the both of the magnetism and the charge. On the other hands, ^1H-NMR probes only the magnetism. Comparing the results ^2D and ^1H NMR on same sites, we can extract the information of only charge. First we synthesized the ^2D substituted TTF molecule and prepared the single crystal of TTF-TCNQ complex. We also tried to synthesize the 2D substituted TTF. We found more easy synthetic route for TCNQ-d. ^2D NMR on the complex is now in progress.
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(C), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 18540306
  • 圧力下における有機超伝導体の単結晶角度回転13C-NMR
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2006 - 2007
    河本 充司
    β'-(BEDT-TTF)ICl_2の超微細結合テンソルと反強磁性モーメントの決定昨年度よりβ'-(BEDT-TTF)塩の圧力下13C-NMRを精力的に行っていた。圧力下超伝導体塩であるβ'-(BEDT-TTF)_2ICl_2の反強磁性相の構造の決定は、その圧力下超伝導のメカニズムを議論する上で重要である。反強磁性相の重要なパラメータである交番磁化の決定には、超微細結合テンソルの非対角項が必要なる。そのため、角度回転NMRによりそれぞれの角度でスペクトルの温度変化を測定しK-xプロットをし、その3軸での角度依存性を決定することにより完全な超微細結合テンソルを決定した。このテンソルを用いて反強磁性相での交番磁化が、ほぼBEDT-TTF二量体あたり1μBであることがわかり、常圧では、Mott絶縁体であることが明らかになった。また加圧下の反強磁性相は、NMRのスペクトルの構造が変化していること、常磁性相でのキュリー定数の値が減少していること、転移温度が圧力とともに上昇することが圧力下13C-NMRによりわかった。これらの現象は、Mott絶縁体描像、バンド描像のどちらの立場にたっても完全に説明することはできないことより今後のこの圧力下状態に対する理論的な発展が待たれるところである。また類縁物質であるβ'-(BEDT-TTF)(TCNQ)のの電荷移動量について知見をえるために分子科学研究所の薬師グループとの共同研究で、赤外スペクトルを測定し、電荷移動量が0.5でありTCNQがMott dimer絶縁体であるこを示した。さらに単結晶13C-NMRの圧力変化の測定も行いこの物質が圧力下で金属化するが超伝導を示さない要因としてNMRシフトの異常よりTCNQとの交換相互作用の存在を明らかにし、圧力下磁場有機超伝導の可能性を提示した。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 18028001
  • NMR Study of peculiar electronic state in the vortex core of anisotrpic superconducttors
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2005 - 2007
    KUMAGAI Ken-ichi; KAWAMOTO Atsushi; FURUKAWA Yuji; KITA Takafumi
    In the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnkov (FFLO) state, a pair-breaking due to a Pauli effect is reduced by the formation of new pairing state(k,-k+q) in the superconducting (SC) state. As a result, a new SC state with spatially-oscillating SC order parameter and spin polarization should appear.
    [1] A newly-discovered CeCoIn_5 has aroused great interest, as recent measurements revealed that a second order phase transition takes place within the SC state in the vicinity of H_ with H parallel to the ab-plane.
    [2] Recent experimental results make the FFLO scenario a very appealing one for CeCoIn_5. Particularly, In^<115>-NMR spectra exhibited a dramatic change in the vicinity of H_(T) and with a magnetic field applied parallel to the ab-plane. Based on an analysis with a spatially-modulated SC energy gap, a clear evidence of the FFLO state in high field parallel to the ab-plane is established.
    [3] The 2D nature of CeCoIn_5 is believed to be essential for the formation of the FFLO state, because the strong reduction of the orbital pair breaking in a parallel field and the nesting properties of the quasi-2D Fermi surface are expected to stabilize the FFLO state. Thus, a clarification whether the FFLO state can exist in the case of H//ab is important for understanding the nature of the FFLO state in CeCoIn_5. We here direct our attention to the SC state of CeCoIn_5 in a perpendicular field (H⊥ab) as well as in a parallel field (H//ab), and present evidences of the FFLO state in both cases as well.
    [4]NMR spectra at the Co, In(1), and In(2) sites have been measured in a wide frequency range for H⊥ab. Upon entering the new SC state at high field and low temperature region, NMR spectra change dramatically below T (H_c) in the case of H⊥ab as well as H//ab. NMR signals at two well-separated positions persists down to the lowest temperature (70~mK), which indicates the appearance of a nordal plane structure of superconducting order parameter. We find the critical field H_ separating the FFLO and the BCS state lies in a very narrow range between 4.65 T and 4.70 T below T_c(H).We have obtained discrepancies of the field dependence of the Knight shift among In(1), In(2) and Co site. We have reveal strong Pauli paramagnetic effects on the temperature and field dependences of the Knight shift both in the region of low temperature and in the vicinity of the first order transition at H_.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 17204027
  • 高圧下における有機超伝導体の単結晶角度回転^<13>C-NMR
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2004 - 2005
    河本 充司
    昨年度にひきつづき、測定対象としては以下示す結晶について有機伝導体の単結晶^<13>C-NMRの圧力測をおこなった。(1)β'-(BEDT-TTF)(TCNQ) この結晶は、超高圧下で有機物最高の超伝導転移温度をもつβ'-(BEDT-TTF)_2ICl_2とBEDT-TTF伝導層が同型の構造をしており、また過去の我々の研究により、常圧においてβ'-(BEDT-TTF)_2ICl_2と同様にBEDT-TTF伝導層が反強磁性が出現することが明らかになっている。圧力下でこの転移温度がどのように変化するか、また反強磁性が生き残るか、という点において圧力下で^<13>C-NMRの測定を行った。その結果8kbarまでは、加圧に従い反強磁性転移温度が上昇するが8kbar以上で急激に減少することが明らかになった。反強磁性転移温度の上昇は系の次元性の変化として理解できる。現在、それ以上の圧力下における電子状態やTCNQ層の磁性の測定を検討している。(2)β"-(BEDT-TTF)_2Cl_3・H_2O この結晶は、β"型という電荷秩序が発現することが知られている伝導層の積層様式を持ってる。また、圧力下でこの物質が超伝導をしめすことより超伝導と電荷揺らぎの相関に興味が持たれる。^<13>C-NMRの圧力変化より、電荷秩序の形成を明らかにし、圧力によりその電荷秩序状態が制御されることをみいだした。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 16038201
  • NMR Study of Electronic State in the Votex Core in HTSC
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2002 - 2003
    KUMAGAI Ken-ichi; FURUKAWA Yuji; KAWAMOTO Atsushi
    Recent experimental results have revealed that the quasiparticle excitations in the vortex state of high-T_c cuprates are very different from those of conventional s-wave superconductors. The fascinating electronic states such as the localized quasipaticle levels in the vortex core and the quasiparticle states extended from the vortex core are studied intensively. Moreover, the possibility that a vortex can accumulate a finite electric charge has been proposed. Although measurements of NMR and NQR are powerful probes for studying those issues, it is only very recent that the spatially-resolved measurements of NMR and NOR of high-T_c superconductors have come to be realized. Here we report spatially resolved NMR and NQR studies on the physics of vortex core matters.
    First, we obtain an experimental evidence that a vortex in HTSC traps a finite electric charge from the high resolution measurements of the nuclear quadrupole frequencies. In slightly overdoped YBa_2Cu_3O_7, the vortex is negatively charged, while in underdoped YBa_2Cu_4O_8, it is positively charged. The sign of the trapped charge is opposite to the sign predicted by the conventional BCS theory. Moreover, in both materials, the accumulated charge is much larger than expected in the ordinary superconductors These unexpected features can he attributed to the novel electronic structure of the vortex in HTSC.
    Second, we report the site-selective dependence of ^<17>O-T_1 associated with the vortex state of YBa_2Cu_3O_7 and, YBa_2Cu_4O_8. We found that T_1^<-1> at the planar sites exhibits an unusual nonmonotonic NMR frequency dependence. In the region well outside the vortex core, T_1^<-1> cannot be simply explained by the density of states of the Doppler-shifted quasiparticles in the d-wave superconductor Based on T_1^<-1> in the vortex core region, we establish strong evidence that the local density of states within the vortex core is strongly reduced.
    Third, we have measured spatially-resolved NMR on ^<205>Tl site of optimally-doped Tl2201compound. ^<205>TI nuclei are good probe to observe antiferromagnetic fluctuations. We obtained a clear evidence of antiferromagnetic order in the vortex core of Tl2201. NMR relaxation rate (T_1^<-1>) of the vortex core region is largely enhanced, which is not observed in the superconducting region. This T_1^<-1> enhancement is caused by magnetic fluctuations generated from antiferromagnetic moments in the vortex cores. Temperature dependences of T_1^<-1> and the spectrum broadening support also the existence of antiferromagnetic vortex core.
    These features can be attributed to the novel electronic structure of the vortex in HTSC.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 14340096
  • ^<13>C-NMR Study of the Organic Superconductor near the Superconductor-Insulator Phase Boundary
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(C))
    2002 - 2003
    Atsushi KAWAMOTO
    ^<13>C-NMR study on non-deulerated and partially deuterated κ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Br is reported, where BEDT-TTF is bis(ethylenedithio)tetra-thiafulvalene. By using the BEDT-TTF molecule having ^<13>C-enriched on only one side of the central carbon sites, we could estimate the density of states from the Knight-shift and the spin-lattice relaxation rate. Although the reduced mass effect predicted from the specific heat measurement was not observed in the ^<13>C-NMR, the melal-to-anliferromagnetic phase transition was observed with the phase separation around 18K on the half-deuterated κ-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]Br under a high magnetic field. Such a transition does not occur under a zero or low field on the **lf-deuterated sal. These results suggest a first order field-induced metal-insulator transition. These findings can explain the complex phenomena near the phase boundary under a high magnetic field. We also found that the phase separation is observed at around T^* with the applied field parallel to the conducting layer, unlike partially deuterated κ-(BEDT-TTF-d[n,n])_2Cu[N(CN)_2]Br. The former result suggests the field induces AF transition. the latter result suggests there is the field direction dependence of the M-1 phase separation behavior in κ-(BEDT-TTF-d[4,4])_2Cu[N(CN)_2]Br.
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(C), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 14540316
  • 遷移金属酸化物量子スピン系の磁気励起の研究
    科学研究費助成事業
    2002 - 2002
    熊谷 健一; 古川 裕次; 河本 充司
    巨大磁気モーメントを形成する3d遷移金属原子を含むマイクロクラスター磁性体([Mn_<12>O_<12>(CH_3COO)_<16>(H_2O)_4](以下Mn12)及び[{(C_6H_<15>N_3)_6Fc_8O_2(OH)_<12>}(以下Fc8)等において量子トンネル効果を示すことが知られている、本研究では、量子スピントンネル現象の起源の解明を目的として、核磁気共鳴法により緩和時間、超微細相互作用の温度依存性、磁場依存性の研究をおこなった。まず、単結晶Fc8クラスターを合成し、^1H核の核スピン-格子緩和時間に対する外部磁場の縦磁場、横磁場効果を詳細に調べた。外部磁場をFc8クラスター分子磁性体の磁化容易軸に垂直方向に印加したとき、2.1T近傍で核磁気緩和率の大きな増大を検出した。解析の結果、その増大はスピン・トンネル現象に起因すると結論でき、スピン・トンネルのダイナミックスには、超微細相互作用やクラスター間の双極子相互作用などが大きく関っていることが明らかとなった。
    一方、^<57>Fc8クラスター(核磁気モーメントを持たない^<56>Fcを磁気モーメントを有する^<57>Fcに置換したFc8クラスター)において、^<57>Fc-NMRの信号を検出することに成功した。観測された^<57>Fc-NMRスペクトルは超微細相互作用の異なるサイトに分離される。その共鳴周波数の外部磁場依存性から、8つのFc^<34>(S=5/2)イオンにより形成されるS=10の基底状態でのFc8クラスターの内部磁気構造がフェリ的磁気構造を有することを微視的に明らかにした。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 14038201
  • 遷移金属酸化物量子スピン系の磁気励起の研究
    科学研究費助成事業
    2000 - 2001
    熊谷 健一; 古川 裕次; 河本 充司
    従来、渦糸状態でのNMR緩和時間は常伝導渦糸コアからのスピン拡散の効果として説明されてきた。しかし、高温超伝導体のような異方的d-波超伝導体では、渦糸コアの電子状態密度は従来のBCS型s-波超伝導体とは大きく異なると考えられる。そこで、site-selectiveなNMRによる新しい観点からの渦糸コアの準粒子状態に関する研究をおこなった。
    YBa_2Cu_3O_7とYBa_2Cu_4O_8の^<17>O-NMR、およびT1_2Ba_2CuO_6(T_c=80K)の^<205>T1-NMRを測定した。磁束格子を組むT_より低温では核緩和率、1/T_1に大きな周波数(空間)依存性が観測された。磁場分布の鞍点(超伝導領域)で核緩和率は最も抑えられており、低周波側(4角格子を組む磁束を結ぶ方向)と、鞍点から高周波(磁束コア)に向かうにつれ1/T_1は増大する。磁束コアに近づくにつれ増加する1/T_1は、磁束の周りの超伝導電流による準粒子エネルギーのDoppler shiftよる局所的な状態密度の増加で説明できる。磁束間方向での1/T_1の増加は、Doppler shiftよる局所的な状態密度の増加だけでは説明できず、磁束を結ぶ4回対称方向での準粒子状態密度の増加による可能性がある。
    渦糸コア領域内では1/T_1は減少する。このことは磁束コア内での準粒子状態密度の減少を示している。一方、Cuスピンによる反強磁性揺らぎを感ずるT1サイトでは1/T_1は大きく増大する。また、渦糸コア近傍でのT1サイトでは緩和回復曲線が大きく分布している。これらの実験結果は、局所的な反強磁性磁気モーメントの揺らぎが渦糸コア内で増大していることを示している。
    FT-NMRによる空間的にspatially-resolve-NMRの研究は、酸化物超伝導体における渦糸コアの準粒子状態密度や反強磁性揺らぎの局所的空間分布を分離して捉えることが可能であり、異方的超伝導体において空間分布する局所的な準粒子状態の研究に有効であることを示した。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 12046202
  • 分子性機能物質の核磁気共鳴による研究
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1998 - 1999
    河本 充司
    分子性機能物質の核磁気共鳴というテーマで、磁気共鳴用、同位体置換サンプルの合成、また物性用の広幅NMRに適した、NMR,NQRのシステム開発を目的としてプロジェクトを遂行してきた。装置の開発に思った以上に時間がかかったが、何とか、今年度末には高機能汎用パルス発生器、超高速(40MHz 12bit dual channel)AD変換システムの完成ができそうである。現在のところ、ハードウェア単体での性能は当初の目的を達している。今日の測定においては、計算機による測定系の集中管理が必要であり、作成したハードウェアと計算機用のドライバはセットとしてつくらなければその利用価値は少ない。そこでWindows NT/2000でこれらのハードウェアを制御することのできるドライバも合わせて開発した。ハード基板は、分子科学研究所の装置開発室の豊田氏にコンタクトをとれば入手可能であり、またドライバは、Internetを通じて配布の予定で、これにより、広幅NMRを研究者に広く利用、普及してもらえることを考えている。この装置の部分の成果については、豊田氏が、すでに技術研究会等で発表している。また、実際の測定は、装置開発が手間取ったため、既存設備を用いて先行して行うことにした。その中で、分子と金属イオンのhybridの物質であり、その分子のp軌道と金属のd軌道が相互作用して、多彩な物性を発現する(DMe-DCNQI)_2Cuについて^<13>C、^<15>Nの選択的同位体置換NMRでその多彩な物性の発現機構について知見をうることができた。その成果の一部はすでに論文に発表し、また最終報告を投稿予定としている。さらに、強相関系有機超伝導体k-(BEDT-TTF)_2Cu[N(CN)_2]BrにおいてHをD化することによりMott境界をSCANできることを発見して現在その^<13>C置換体の合成に着手ちている次第である。この部分については、今後、研究成果が出るものと期待している。
    文部科学省, 奨励研究(A), お茶の水女子大学->北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 10740167
  • Carrier doping into the molecular insulators and exploration of novel phases
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1997 - 1999
    KANODA Kazushi; NAGAOSA Naoto; KAWAMOTO Atsushi; NAKAZAWA Yasuhiro
    In the present study, we aim at doping carriers into the correlation-induced molecular insulators based on a) BEDT-TTF and b) DCNQI molecules, and explore possible novel phases.
    a) (BEDT-TTF)_4X [X=Hg_<2.89>Br_8Hg_<2.78>Cl_8]
    A family of two-dimensional organic systems, κ-(BEDT-TTF)_2X, with half-filled bands span the phase diagram of the 1 st-order Mott transition between the superconducting and antiferromagnetic phases as a function of band-width. In the present sudy, we first measured the ^<13>C-NMR spectra and relaxation rate, 1/T, for a doped organic Mott insulator, κ-(BEDT-TTF)_4Hg_<2.78>Cl_8, down to 30 mK.The l/(T_1T) continues to increase in proportion to 1/T down to 100 mK and then forms a broad peak. The spectra show low-temperature broadening indicative of the short-range AF ordering, but not the three-dimensional one. This is the first observation of the quantum critical spin fluctuations in organics and indicates a surprising contrast to the widely studied case of κ-(BEDT-TTF)_2X with fixed band-filling.
    b) (DI-DCNOl)_2M
    (DI-DCNQI)_2Ag, which has a quasi-one-dimensional quarter-filled π band, is a paramagnetic insulator. By ^<13>C-NMR study, this insulating phase is found to be in a charge-rodered state, into which the carrier doping was attempted by Cu doping into the Ag sites. As the Cu content is increased, the charge-gapped insulator changes to the nongapped insulator with the variable range hopping behaviour, eventually followed by the metallic phase. This result shows a manner of the collapse of the charge ordering and a route to the metallic phase with introduction of carriers and disorder.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), University of Tokyo, 09440145
  • Study of organic conductors by NMR at selectively enriched nuclear
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1994 - 1995
    KANODA Kazushi; KAWAMOTO Atsushi; NAKAZAWA Yasuhiro
    A series of organic systems, (BEDT-TTF)_2 X,have been investigated by ^<13>C-NMR.Comparison of the nuclear spin-lattice relaxation rate, conducting property and molecular arrangement indicates a close relationship between the molecular arrangement and manifestation of electron correlation. The metal/nonmetal phases in the isostructural kappa- (BEDT-TTF)_2 X systems, which are in the strong dimeric regime, are understood as highly correlated metals and insulators crossing the Mott transition. The deuterated Cu [N(CN)_2]Br salt is found to be situated in the critical region of the transition between the superconducting and antiferromagnetic phases.
    For the superconducting phase (Cu[N(CN)_2]Br salt) situated near the Mott transition, the absence of coherence peak and a low-temperature T^3 -dependence of the nuclear spin-lattice relaxation rate suggest unconventional superconductivity with line nodes in gap parameter or highly anisotropic one. The low-temperature specific heat is consistent with the unconventional one in both temperatura and field dependence.
    In order to investigate the electronic state of the metallic (DMe-DCNQI)_2 Cu, we prepared isotopeenriched DMe-DCNQI molecules where each site of=N-CN was substituted by ^<13>C or ^<15>N and performed ^<13>C and ^<15>N-NMR measurements for the Cu salt and the Li salt as a reference material of pi-electron system without hybridization. The shift and relaxation rate analysis demonstarated that the Cu salt is a multiband system due to the pi-d hybridization ; the spin susceptibility of the nonbonding pi band and the bonding pi-d band has opposite temperature dependence. On the other hand, (DI-DCNQI)_2 Ag, a new member in the DCNQI-Metal complexes, has been investigated by electrical resistance, magnetic susceptibility and ^1H-NMR measurements and found to be non-metallic with a charge gap of -490K but without spin gap. An antiferromagnetic ordering is evidenced at a low temperature. By ^<13>C-NMR,this system was found to show charge ordering below -200K,which indicates important role of the intersite Coulomb interaction, V.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for General Scientific Research (B), Institute for Molecular Science, 06452064