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第4回QLCセミナー
日時：2019年8月26日（月） 14:00-15:00
場所：東北大学多元物質科学研究所西一号館（科学計測研究棟S棟）2階セミナー室
主催：スピン量子物性研究分野
超高エントロピー液体の構造とダイナミクス
東京大学物性研究所 山室修
分子のサイズ（分子量）が大きくなるほど融点が上がるのは常識である。しかし、最近、室温で液体として存在する巨大分子が合成され注目を集めている。これらの分子はポルフィリンなどのπ電子コアをもつため、そこに金属を入れて液体状態の発光体や光センサーを作ったり、電気を貯めてエレクトレットを作ったりする応用も考えられている。我々は、これらの分子が液体として存在できるのは、分子がもつ長いアルキル鎖の無秩序によるものと考え、これらの物質を「超高エントロピー液体」と呼んでいる。セミナーでは、我々が現在行っている熱容量（エントロピー）測定、放射光Ｘ線回折、中性子準弾性散乱の研究を紹介する。熱力学、構造、ダイナミクスの３観点から、新奇物質である超高エントロピー液体の特徴に迫りたい。
担当：佐藤卓（東北大多元研）
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第3回QLC セミナー
講師：多田 靖啓 氏（東京大学 物性研究所）
日時：2019年8月7日（水） 15:30～ E棟5番講義室
場所：茨城大学水戸キャンパス
タイトル：自発的に試料端に流れるカレントについて
~超流動体・超伝導体や強磁性体でどのように観測されるのか~
電磁気学の教科書を紐解くと、磁化電流と呼ばれる、磁性体の表面を流れる電流である「エッジカレント」が登場する。この電流は等価電流とも呼ばれ、通常の磁性体ではスピンが磁性を担っているということを、電流の言葉で表現している。ところが、磁性体には一般的に軌道自由度もあり、そこでは磁化電流自体が本質的であると考えられている。本セミナーでは、そのような軌道自由度由来のエッジカレントについて、２つの系に注目して議論する。
最初に考えるのはカイラル超流動体・超伝導体と呼ばれる、フェルミオンが自発的に回転しながら粒子対を作っている系である。この系は、粒子対回転のためにエッジカレントが存在し強磁性体と類似性が高い。そのような状態は3Heで実現している他、Sr2RuO4などの候補物質がいくつか知られているが、エッジカレントが実験的に観測されたことはなく、理論的にも論文によっては計算結果が何桁も異なっている。セミナーではこの問題を一から考え直し、これらの系におけるエッジカレントの基本的性質について議論したい[1]。
次に考えるのは強磁性体のエッジカレントであるが、こちらも非常に長い研究の歴史があるにもかかわらず、軌道自由度由来のエッジカレントが観測されたことは一度もない。セミナーでは、ワイル半金属Mn3Snにおける弱い強磁性に対応するエッジカレントの直接観測について議論する[2]。時間があれば、トポロジカル光波と呼ばれるレーザーを用いたエッジカレントの制御の可能性についても紹介したい[3]。
[1] Y. Tada, W. Nie, and M. Oshikawa, PRL 114, 195301 (2015); Y. Tada, PRB 94 214523 (2018); 多田靖啓, 日本物理学会誌 第74巻 第2号 93 (2019).
[2] M. Shimozawa et al., in preparation.
[3] H. Fujita, Y. Tada, and M. Sato, New J. Phys. 21, 073010 (2019).
担当：佐藤正寛(茨城大学)
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The 2nd QLC seminar
Date&Time: 2019/08/02 (Fri) 14:00-16:00
Place: IMRAM West 1st Building Seminar Room (2F), Katahira campus,
Tohoku University (B06)
Title: Role of Organic Molecules in the Physics of Organic-Inorganic
Lead Iodide Perovskites
Speaker: Prof. Seung-Hun Lee
Affiliation: Department of Physics, University of Virginia
abstract:
The realization of economical renewable energy technologies is critical
for securing long term prosperity of mankind and mitigating the threat
of climate change. Power from the Sun is the most abundant source of
renewable energy. In just one hour, more solar energy hits the Earth’s
surface than humanity uses in an entire year. Therefore, development of
solar cells that can produce electrical power at a cheaper rate than
fossil fuel based electricity is highly desirable. However, only about 1
percent of the world’s energy production currently comes from solar
cells. This is because the conventional technologies, mostly based on
silicon solar cells, are too expensive to be competitive with energy
generated by burning fossil fuels. What is needed is research on new
solar cell materials that can be fabricated into solar cells with
high-efficiency and low-cost simultaneously.
Hybrid Organic-Inorganic perovskites (HOIPs) have recently been
discovered as one of the most promising next generation solar cell
materials. Solar cells based on HOIPs have achieved high efficiency that
rivals that of the conventional silicon solar cells. At the same time,
HOIPs can be deposited on surfaces from ink solutions which enable
low-cost and high-throughput manufacturing of solar cells as if printing
out newspapers. In this talk, I will present our recent research that
revealed microscopic mechanism of the photovoltaic properties of HOIPs.[1-3]
Refereces
1. Origin of Long Lifetime of Band-Edge Charge Carriers in
Organic-Inorganic Lead Iodide Perovskites, Tianran Chen, Wei-Liang Chen,
Benjamin J. Foley, Jooseop Lee, Jacob Ruff, J. Y. Peter Ko, Craig M.
Brown, Leland W. Harriger, Depei Zhang, Changwon Park, Mina Yoon,
Yu-Ming Chang, Joshua J. Choi, and Seung-Hun Lee, Proc. Natl. Acad. Sci.
114, 7519-7524 (2017).
2. Entropy Driven Structural Transition and Kinetic Trapping in
Formamidinium Lead Iodide Perovskite, Tianran Chen, Benjamin J. Foley,
Changwon Park, Craig M. Brown, Leland W. Harriger, Jooseop Lee, Jacob
Ruff, Mina Yoon, Joshua J. Choi, and Seung-Hun Lee, Science Advances 2,
e1601650 (2016).
3. Rotational dynamics of organic cations in CH3NH3PbI3, T. Chen, B. J.
Foley, B. Ipek, M. Tyagi, J.R.D. Copley, C. M. Brown, J. J. Choi, S.-H.
Lee, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 31278-31286 (2015).
担当：佐藤卓（東北大多元研）
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The 1st QLC seminar (第１回QLCセミナー)
日時 (Date & Time)： 2019年7月31日(水）15:30- July 31 (Wed) 15:30-]
場所 (Venue)： 新領域基盤棟3階 物質系専攻会議室（3B7）
(room 3B7, Kibanto, Shin-ryoiki, Kashiwa campus)
Role of Organic Molecules in Organic-Inorganic Solar Cell Perovskites
Prof. Seung-Hun Lee (University of Virginia, U.S.A.)
The record solar cell efficiency based on hybrid organic-inorganic perovskites (HOIPs) has reached 22.7% which rivals that of conventional silicon solar cells. Combined with its inexpensive solution based processing and all earth abundant compositions, HOIPs are among the most promising next generation solar cell materials. In this talk, I will present our recent studies, using elastic and inelastic neutron scattering and photoluminescence techniques, and density functional theory calculations, on two HOIPs, methylammonium lead iodide and formamidinium lead iodide, to shed lights on the microscopic mechanism of the photovoltaic properties of the HOIPs.
References:
1. Role of Organic Molecules in Phonon Melting and Charge Screening in Hybrid Organic-Inorganic Perovskites, D. Zhang et al., submitted (2019).
2. Origin of Long Lifetime of Band-Edge Charge Carriers in Organic-Inorganic Lead Iodide Perovskites,
T. Chen et al., Proceedings of National Academy of Sciences 114, 7519-7524 (2017).
3. Entropy Driven Structural Transition and Kinetic Trapping in Formamidinium Lead Iodide Perovskite, T. Chen et al., Science Advances 2, e1601650 (2016).
4. Rotational dynamics of organic cations in CH3NH3PbI3, T. Chen et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 31278-31286 (2015).
担当：木村剛(東大新領域)