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 ~金属・絶縁相の共存が生み出す「温度固定効果」と「逆オーム則」~

2026-08-31 東京理科大学

有機伝導体の抵抗スイッチングについて、1H-NMRと電気輸送測定を組み合わせ、物質内部で金属相と絶縁相が共存することを明らかにした研究。約79 Kの急峻な金属-絶縁体転移を示すバルク有機伝導体では、電流印加によるジュール発熱と放熱が釣り合うことで、試料温度が転移温度付近に維持される「温度固定効果」が生じることが判明した。また、電圧と電流が通常とは逆にV∝1/Iとなる「逆オーム則」も観測された。NMRによる相共存の観測と輸送特性を統合した結果、金属相と絶縁相の割合が熱収支に応じて自律的に変化する「熱的自己組織化」が、これらの非線形応答を生み出すことが示された。抵抗スイッチングを、単なる発熱現象ではなく、相転移・熱流・電気伝導が結合した非平衡定常状態として理解する新たな視点を提示した。

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 ~金属・絶縁相の共存が生み出す「温度固定効果」と「逆オーム則」~
図1 バルク結晶の¹H-NMR測定の模式図。

<関連情報>

金属-絶縁体転移が急激なバルク有機導体における揮発性抵抗スイッチング状態 Volatile resistive-switched state in a bulk organic conductor with a sharp metal-insulator transition

Riku Ishii, Ryo Motohashi, Keitaro Tada, Yusuke Suzuki, Takayoshi Kouchi, Hiroshi Oike, Fumitaka Kagawa, Reizo Kato, and Tetsuaki Itou
Physical Review Applied  Published: 17 August, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/3yjz-8f9d

Abstract

Volatile resistive switching in correlated-electron systems, characterized by an abrupt resistance decrease under applied current, is crucial for developing next-generation electronics. Despite its technological significance, the underlying physics remains elusive. Inorganic thin films on substrates—the widely studied platform for resistive switching—usually exhibit broad temperature-induced metal-insulator transitions (MITs) and substantial heat dissipation. These factors complicate the nonlinear thermal effect induced by Joule heating, a key contributor to resistive switching, rendering it excessively complex and difficult to decipher. Here, we investigate a resistive-switched state in the bulk organic conductor (⁢7−DMe−DCNQI)2Cu, which undergoes an extremely sharp first-order MIT and exhibits weak heat dissipation, using resistance and 1H−NMR measurements. These extreme conditions make the Joule heating effect vivid, allowing us to observe peculiar phenomena, including temperature locking to the MIT and “inverse Ohm’s law”—an inverse proportionality between voltage and current. These findings provide fundamental insights into the nonlinear thermal effect in resistive switching, offering a pathway to efficient resistive switching technologies.

1701物理及び化学
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