東京理科大学ら、有機伝導体で金属と絶縁体が共存する状態を観測

ニュース紹介

「NMRと輸送測定で明らかにした抵抗スイッチングの熱的自己組織化」

東京理科大学の伊藤哲明教授、小内貴祥助教、石井璃空氏、物質・材料研究機構の大池広志主任研究員、東京科学大学の賀川史敬教授、理化学研究所の加藤礼三研究員らの共同研究グループは、有機伝導体(d7-DMe-DCNQI)₂Cuの抵抗スイッチング状態において、金属相と絶縁相が共存することを明らかにしました。

研究グループは、物質の内部に敏感な1H-NMR測定と輸送測定を組み合わせました。核磁気緩和の測定では二つの緩和成分が現れ、その緩和時間はそれぞれ金属相と絶縁相の値に対応しました。つまり抵抗スイッチング状態は、均一な新しい電子相ではなく、金属相と絶縁相が物質内部で共存する状態でした。

この共存状態では金属相と絶縁相の割合が自律的に調整され、周囲温度を下げても試料の大部分が金属‐絶縁体転移温度の約79ケルビン付近に保たれる「温度固定効果」と、電流を減らすと反比例して電圧が上昇する「逆オーム則」が現れることが示されました。

出典：理化学研究所 2026年8月31日プレスリリース
https://www.riken.jp/press/2026/20260831_2/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

パソコンやスマートフォンは、情報を記録する部品（メモリ）を持っています。電源を切ると中身が消えるものと、消えないものがあり、消えないものを不揮発性メモリと呼びます。

その候補の一つが、電圧をかけると電気の通しやすさが切り替わる「抵抗スイッチング」を使う素子です。研究者が目指しているのは、この切り替わりが物質の中で何が起きて生じているのかを突き止め、より少ない電力で動く素子につなげることです。

①切り替わった状態の中身が見えていなかった

抵抗スイッチングでは、電圧をかけると物質の電気抵抗が大きく変わります。ただし、そのとき物質の中がどうなっているかは、外から電流と電圧を測るだけでは分かりません。

全体が一様に新しい状態へ変わったのか、それとも性質の違う部分が混ざっているのかを見分ける必要がありました。今回の対象となった有機伝導体（炭素を含む分子でできた、電気を通す物質）は、約79ケルビンで金属から絶縁体へ急激に変わる性質を持ち、その仕組みを調べる材料として使われてきました。

②金属の部分と絶縁体の部分が、割合を自ら調整する

研究グループは1H-NMR（核磁気共鳴＝原子の目線で物質の内部を調べる測定法）と電気の測定を組み合わせました。その結果、緩和時間の異なる二つの成分が現れ、それぞれ金属の状態と絶縁体の状態に対応することが分かりました。切り替わった状態は、金属の部分と絶縁体の部分が混ざった状態だったことになります。

さらに、周囲の温度を下げても試料の大部分が転移温度の約79ケルビン付近に保たれる「温度固定効果」と、電流を減らすと電圧が上がる「逆オーム則」が現れました。発熱と放熱がつり合うように金属の部分の割合が自ら調整されるためだと説明されています。

編集部からひとこと

身のまわりの電気製品では、電流と電圧が比例するオームの法則が前提になっています。その前提が逆向きに見える状態が、物質の中の混ざり方から説明された点が今回の要点です。研究グループは、より小さなエネルギーの散逸で動く抵抗スイッチングにつながる可能性があるとしています。成果は米国物理学会の学術誌に掲載されました。