Research Abstract


Quasiparticles and Fermi liquid behavior in an organic metal

2012年9月25日 Nature Communications 3 : 1089 doi: 10.1038/ncomms2079

多くの有機金属は、超伝導やスピン電荷分離などのエキゾチックな性質を示し、擬一次元ラッティンジャー流体として記述されてきた。しかし、準粒子による真のフェルミ流体的挙動とフェルミ面は、いかなる有機金属についてもこれまで報告されていない。今回我々は、角度分解光電子分光法を用いて得られた、有機金属(BEDT-TTF)3Br(pBIB)のフェルミ面とバンド構造を報告し、その結果が第一原理バンド構造計算と一致していることを示す。我々の結果は、低エネルギースケールでの準粒子の繰り込み(有効質量m=1.9 me)と、自己エネルギーの虚部が分子振動との結合に起因する約50 meVでのキンクまでのω2依存性を明らかにしている。今回の研究は、(BEDT-TTF)3Br(pBIB)が、シュブニコフ・ドハースの結果と矛盾しないフェルミ面を持つ擬二次元有機フェルミ流体であることを明確に立証している。

木須 孝幸1,2,3,†, チャイナニ・アシシ4, 山本 浩史2,5,6, 宮崎 剛7,秋元 達也1, 下志万 貴博1,†, 石坂 香子1,3,†, 渡部 俊太郎1, 陳 創天8, 深谷 敦子2, 加藤 礼三2 & 辛 埴1,3,4

  1. 東京大学 物性研究所
  2. 理化学研究所 和光研究所
  3. 科学技術振興機構(JST)CREST
  4. 理化学研究所 播磨研究所
  5. 科学技術振興機構(JST)PRESTO
  6. 分子科学研究所
  7. 物質・材料研究機構
  8. 中国科学院(中国)
    †現所属: 大阪大学 大学院基礎工学研究科(木須);
    東京大学 工学部物理工学科(下志万 & 石坂)
Many organic metals display exotic properties such as superconductivity, spin-charge separation and so on and have been described as quasi-one-dimensional Luttinger liquids. However, a genuine Fermi liquid behaviour with quasiparticles and Fermi surfaces have not been reported to date for any organic metal. Here, we report the experimental Fermi surface and band structure of an organic metal (BEDT-TTF)3Br(pBIB) obtained using angle-resolved photoelectron spectroscopy, and show its consistency with first-principles band structure calculations. Our results reveal a quasiparticle renormalization at low energy scales (effective mass m*=1.9 me) and ω2 dependence of the imaginary part of the self energy, limited by a kink at ~50 meV arising from coupling to molecular vibrations. The study unambiguously proves that (BEDT-TTF)3Br(pBIB) is a quasi-2D organic Fermi liquid with a Fermi surface consistent with Shubnikov-de Haas results.