<論文・報告>Synthesis and Physical Properties of New Organic Conductor with Triangular Lattice

Abstract

Recently, materials with a triangular lattice have attracted much attention due to their interesting physical properties, such as a quantum spin liquid. It has been reported that organic conductors κ-(ET)2Cu2(CN)3 (1) and κ-(ET)2Ag2(CN)3 (2) show quantum spin liquid behavior, where ET is bis(ethylenedithio) tetrathiafulvalene. These two salts are the only ones known as κ-type ET salt organic conductors with a nearly regular triangular lattice. Therefore, in order to develop new materials with a regular triangular lattice, we synthesized κ-(ET)2Cu2xAg2(1-x)(CN)3 (3) by mixing Cu+ and Ag+ ions. We analyzed the element distribution and composition ratio in the crystal by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscope (EDX). The Cu+ and Ag+ ions were distributed uniformly in the crystals. The x was found to be x = 0.82 ± 0.01 for batch #1, and x = 0.81 ± 0.06 for batch #2. The mixed crystal showed semiconducting behavior with activation energy (Ea/kB) of 711 K. This material is considered a Mott insulator.

近年, 三角格子を持つ物質はスピン液体などの興味深い性質を持つことで注目されている. κ-(ET)2Cu2(CN)3 とκ-(ET)2Ag2(CN)3は三角格子を持つモット絶縁体であり, スピン液体の振る舞いを示すことが報告されている. しかし, ほぼ正三角形の構造を持つκ 型ET塩有機伝導体はこの二つしか知られていない. そこで, 今回我々は新しい正三角形の構造を持つ物質を開発するために, 銅イオンと銀イオンを混ぜて, 有機伝導体の混晶試料κ-(ET)2Cu2xAg2(1-x)(CN)3 を合成した. 2 種類のバッチ（#1, #2）について結晶構造と物性を調べた. X線構造解析によって, この混晶は同形構造を持つことが分かった. SEM/EDX分析により, 結晶内の元素分布や組成比を調べた結果, 銅イオンと銀イオンはともに結晶内に一様に分布し, その比は上記の化学式において, #1 ではx = 0.82±0.01, #2 ではx = 0.81±0.06であることが分かった. また, #2 の結晶について面内の電気抵抗を測定した結果, 半導体的な挙動を示し, その活性化エネルギー（Ea/kB）は711 K であった. これは二つの母物質の活性化エネルギーの値の中間であることから, 得られた混晶はモット絶縁体であると考えられる.