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Editor’s Choice

きままな天才児を手なずける

世界で初めて強相関電子を2次元空間に閉じ込めることに成功

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工学系研究科・工学部
2011/10/12

酸化物の中には、高温超伝導や光触媒などの驚くべき特性を示すものがあります。その秘密は、電子同士が互いに強く影響する状態にある「強相関電子」です。酸化物中の伝導電子は狭い軌道(d軌道)の中でしか動くことができないため、電子の相関が非常に強くなり、自由電子にはない性質が現れることがあります。

遷移金属酸化物SrVO3の層が量子井戸(Quantum well, Q.W.)構造をなし、強相関電子を2次元的に閉じ込めている。 c2011 Hiroshi Kumigashira

これまでに発見された高温超伝導体は、伝導層と絶縁層が交互に重なった層状の結晶構造をもち、強相関電子が伝導層に閉じ込められていることが分かっています。しかしながら、強相関電子の制御は困難で、その性質を詳しく調べることは不可能でした。

東京大学大学院工学系研究科の組頭広志准教授 (現:高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所・教授)らは、世界で初めて、人工的に強相関電子を2次元空間(層)に閉じ込めることに成功しました。

成功の鍵は、酸化物を原子一個レベルの非常に薄い層に「作る」技術と、放射光による高精度の分光法で電子を「見る」技術。研究グループは、半導体中の電子を量子化する手法として知られる量子井戸構造を酸化物において実現し、量子井戸中に2次元的に閉じ込められた強相関電子の振る舞いを調べました。

これは、強相関電子のコントロールが可能になったことを意味します。今後、電子の豊かな性質が次々と見られるかもしれません。室温超伝導体の実現や、半導体に代わる電子素子の開発に繋がる、新しいエレクトロニクスへの第一歩です。

プレスリリース本文へのリンク

論文情報

K. Yoshimatsu, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Yoshida, A. Fujimori, and M. Oshima,
Metallic Quantum Well States in Artificial Structures of Strongly Correlated Oxide,”
Science 333 (2011): 319-322. doi: 10.1126/science.1205771
論文へのリンク(掲載誌

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大学院工学系研究科

高エネルギー加速器研究機構

科学技術振興機構

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