金属と絶縁体の狭間で電子が見せる特異な臨界状態を捉えた モット転移の量子臨界現象の発見
© 2015 Tetsuya Furukawa
電子は電荷を持つために、物質中で互いに反発し合っています。反発力が大きいとき、電子は粒子として互いにぶつかることを避けるため自由に動けず、モット絶縁体と呼ばれる状態になります。一方で反発力が小さくなると電子は波として自由に動くようになり、電子の集団は絶縁体から金属へとその性質を劇的に変えます（モット転移）。この現象は、銅酸化物高温超伝導をはじめとする多くの特異な現象が生じる起源になっています。特に近年、モット転移の量子臨界現象と呼ばれる、金属とモット絶縁体が時間的、空間的に揺らぐ現象が理論的に研究されており、その実験的な検証が待ち望まれていました。
今回、東京大学大学院工学系研究科の古川哲也博士（学術支援専門職員）、宮川和也助教、鹿野田一司教授らを中心とする研究チームは、高圧力・低温環境下において、低温極限における性質が異なる三種類の分子性結晶の電気抵抗を測定し、各物質の電気抵抗が数十ケルビン程度の温度領域で量子臨界現象に特有のスケーリング則を高い精度で満たしていることを示し、モット転移の量子臨界現象を実験的に初めて明らかにしました。
この結果は、金属と絶縁体の狭間にある物質は、低温になると物質ごとの個性を反映した多様な金属あるいは絶縁体状態のいずれかに陥るのに対し、温度が上がると物質によらない普遍的な性質を持つ特異な電気伝導状態になるという新しい見方を提示するものです。
論文情報
, "Quantum criticality of Mott transition in organic materials", Nature Physics Online Edition: 2015/2/10 (Japan time), doi:10.1038/nphys323.
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