π-d系物質(EDT-TTFBr2)2FeBr4の

低温電子状態

東工大院理工 西條純一，宮崎章，榎敏明

都立大理

渡邉良二，桑谷善之， 伊与田正彦

Introductionπ-d系物質(EDT-TTFBr2)2FeBr4

EDT-TTFBr2

S

S

S

S

S

S Br

Br

アニオンを引き付ける

強いπ-d相互作用

o c

b

ドナー-アニオン間接触（Br-Br） (3.66 Å, van der Waals: 3.9 Å) ドナー-アニオン間接触（S-Br） (3.69 Å, van der Waals: 3.8 Å)

長いアニオン間距離 4.01 Å 5.09 Å

o

a

b

T (K)

∆ln(ρ/Ωcm

) / ∆(1/T) (K)

TN

ρ (Ω

cm)

0 10 20 30 4010-2

10-1

100

101

0

10

20

30

Magnetic susceptibility

H || aH || bH || c

H = 1 T

TN

T / K

χ /e

mu

mol

-1

0 20 40 60 80 1000.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

H || aH || bH || c

T = 2 K

H / TM

/ µ

B

HSF

0 1 2 3 4 5 6 70

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

高い反強磁性転移温度 TN = 11 K 強いπ-d相互作用

Resistivity

低温では絶縁化

TNに異常

H / T

∆ R /

R0

T = 1.5 K

GaBr4-

HSF

FeBr4-

0 5 10 15-0.25

-0.20

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

Magnetoresistance H || easy-axis, I || stacking axis

負の磁気抵抗 スピンフロップ磁場で異常

Experimental・非磁性 GaBr4

- 塩の EPR ・Tight-Binding計算

研究の目的 ・低温における電子状態の解明 ・負の磁気抵抗の起源の解明

EPR of the GaBr4- salt

T / K

χ spi

n /10

-4 e

mu

mol

-1

TMI

H||a-axisH||b-axisH||c-axis

0 100 200 3000

2

4

6

T / K

∆Hpp

/ m

TH||a axisH||b axisH||c axis

TMI

0 100 200 3000

2

4

6

8Susceptibility Line width

絶縁相：スピンが存在，より低温で反強磁性

・Mott絶縁化？ 電荷秩序状態？

室温では均一１次元鎖 電荷秩序状態か

負の磁気抵抗の起源

d -電子系：主にπ -電子系だけと相互作用 しているとみなせる

絶縁相におけるπ -電子系の反強磁性の周期とd -電子系の反強磁性の周期が一致

π

d

周期的磁気ポテンシャルが絶縁相を安定化

（抵抗の増加）

高磁場領域：周期的磁気ポテンシャルの消失

抵抗の減少（負の磁気抵抗）

モデルの検証

π-電子系のスピン配置

d-電子系のスピン配置

π-d 相互作用の大きさの見積もり

負の磁気抵抗の再現

π 電子系のスピン構造

Γ X M Y Γ

X

Y

M

Q EF

バンド構造：擬 1次元的．2倍周期で絶縁化

1

2

3

4

5

6

7

8

+

+

+

+ ： ドナー

予想される電荷・スピン

構造（倍周期を仮定）

b

a

U, Vを含めた Tight-Binding計算もこれを支持

d 電子系のスピン構造

d7

b

a

1

2

3

4

5

6

7

8

d1

d2

d3

d4

d5

d6

d8

？

？

？

？

？ π-d相互作用 （S-Br接触）

1次元鎖の磁気モデル

Jπd

Jππ × 2

Jπd

Jππ ： GaBr4-塩の

磁化率より，およそ

Jππ = -290 K

？：隣接ドナー層と

の相互作用で

向きが決まる

分子場によるπ-d相互作用の見積もり

H || aH || bMean Field (hard)Mean Field (easy)

H / T

M /

µB

0 1 2 3 4 5 6 70

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Fitting parametersJπd ~ -44.5 K

anisotropy ~ 0.9 K

磁場中でのスピン構造

π πd d

Hex < HSF Hex > HSF

・d電子の影響：π電子と平行な成分のみ ・磁化率と上記モデルから磁気ポテンシャル

が計算可能

Tight-Binding計算

電子移動

on-site Coulomb inter-site Coulomb

π-d相互作用項 Zeeman項

U : 1.0 eV V : U/2 = 0.5 eV を仮定 tij : ij間のトランスファー積分 nπiσ : i番目のサイトのスピンσの電子密度

270×270 k-pointで，自己無撞着になるよう繰り返し計算

計算結果と実測値との比較

H / T

∆E

/ meV

0 5 10 15351

352

353

354

355

356

357計算されたギャップ： 実験を定性的に再現

定量的には 変化が大きすぎる

Fitting parameter の導入（∆E' = a × ∆E ）

H / T

∆R

/R0

exp. calc.

0 5 10 15-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0実験をよく再現

負の磁気抵抗の起源

dスピンによる 絶縁相の安定化

a = 0.01

Conclusion

π-d系物質(EDT-TTFBr2)2FeBr4

ドナーがアニオンを引き付け強いπ-dが実現

絶縁相：電荷秩序状態が示唆される

Jπd ~ −44.5 K （磁化過程より見積もり）

負の磁気抵抗の起源 低磁場：d電子のポテンシャルが絶縁相を 安定化（高抵抗） 高磁場：d電子のポテンシャルが弱まる 抵抗増加分が消失→負の磁気抵抗 Tight-Binding計算で定性的に再現

今後の課題 : 計算の定量性の問題 実験と計算で 2桁ものずれ

0 kbar

3.8 kbar

5.8 kbar7.4 kbar

13.8 kbar 10.1kbar

T / K

∆E =

∆ln

(ρ/Ω

cm) /

∆(1

/T)

/ KTN

TMI

0 10 20 30 400

20

40

60

80 FeBr4-

0

4.3

6.7

8.1

11.0

T / K

∆E =

∆ln

(ρ/Ω

cm) /

∆(1

/T)

/ K

13.4

TsTMI TMI (EPR)

0 50 100 1500

20

40

60

80

100

120 GaBr4-

T (K)

ρ (Ω

cm)

0 100 200 30010-2

10-1

100

101

T (K)

ρ (Ω

cm)

0 kbar4.3 kbar6.7 kbar8.1 kbar13.4 kbar

0 10 20 30 4010-2

10-1

100

101

GaBr4-

T (K)

ρ (Ω

cm)

0 100 200 30010-2

10-1

100

101

T (K)

ρ (Ω

cm)

TN0 kbar3.8 kbar5.8 kbar7.4 kbar10.1 kbar13.8 kbar

0 10 20 30 40 5010-2

10-1

100

FeBr4-

H / T

∆R /

R0

T = 1.5 K 0 kbar

3.8 kbar

5.8 kbar7.4 kbar

10.1 kbar13.8 kbar

Ga 0 kbar

HSF

0 5 10 15-0.25

-0.20

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

T / K

g-va

lue

H||a-axisH||b-axisH||c-axis

0 100 200 3002.000

2.005

2.010

2.015

2.020GaBr4

-