物性実験I

強相関電子物理学

教員

客員教授/藤森 伸一 委嘱教授/山本 浩史
客員准教授/池本 夕佳

研究について

強相関電子物理学グループでは国内の最先端研究施設の優れた環境のもとで強相関電子物性の研究教育を行っている。各教員の研究テーマは以下のとおりである。

山本浩史委嘱教授(分子科学研究所)
関連URL:http://yamamoto-tokyo.jp/ims/index.html

実は、有機化合物は強相関電子系の宝庫である。有機物を使って強相関電子系の物理をやるメリットはいくつもあるが、特に重要な点は、

  • (1) バンド構造がシンプルで、より理論との比較がしやすい。
  • (2) 格子系が柔らかいため、バンド幅を自由に制御できる。
  • (3) 状態密度が低いため、少ない刺激で大きな応答を得られる。
    • の3点が挙げられる。本研究グループでは、有機モット絶縁体と呼ばれる強相関電子系物質を用いて、新しい有機デバイスを作ること、そしてそのデバイス特性を測定することによって強相関電子の新たな一面を解明し、物性物理の基礎学理を深めることを目的として研究を行っている。例えば、有機モット絶縁体を用いてFET(電界効果トランジスタ)を作ると、低温においてゲート電圧や光照射で超伝導転移を起こすことができる。このメカニズムの詳細を今後さらに解析し、新しい物性物理の開拓と新しい電子デバイスの創出を目指す。

      光による超伝導のスイッチング

      藤森伸一客員教授(日本原子力研究開発機構)
      関連URL:https://msrc.jaea.go.jp/index.html

      強相関電子系の中でも、特に希土類・アクチノイド化合物は非通常型超伝導や複雑な磁性を示しており、基礎物性物理学において重要な研究対象となっている。本研究室では、世界トップクラスの性能を持つ大型放射光施設SPring-8の軟X線ビームラインBL23SU(左図)に設置した光電子分光装置(右図)やXMCD装置などを利用することにより、強相関希土類およびアクチノイド化合物に対する先端的な分光研究を行う。電子状態や磁性状態を明らかにすることによって、その物性発現機構をミクロな立場から解明することを目指す。

      軟X線ビームラインSPring-8 BL23SU(左図)および光電子分光装置(右図)

      池本夕佳客員准教授(高輝度光科学研究センター)
      関連URL:http://www.spring8.or.jp/ja/

      大型放射光施設SPring-8の赤外物性ビームラインBL43IRを利用して、赤外線領域の放射光を光源とした新たな分光装置の開発と強相関物質の分光測定を行い物性発現のメカニズムを解明する。放射光はX線から赤外線まで広いエネルギー領域の光をカバーする。物性物理はもとより、基礎科学から産業応用に至る多様な分野で利用され、今や物質科学研究に必要不可欠な光源である。SPring-8は世界最高の加速エネルギーを持つ放射光施設で、ここで得られる赤外線は, 高輝度・広帯域特性を持ち, 通常の赤外分光とは異なる条件で測定を行うことができる。下図にビームラインの写真を示す。磁場・圧力・温度・雰囲気などの環境を制御し、近赤外〜遠赤外の広帯域顕微分光測定が主力だが、特に近年は高磁場や湿度制御環境における顕微分光装置開発に力を入れている。また、赤外近接場分光装置開発も行っている。

      SPring-8 BL43IR
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