トポロジカルな舞台での「強相関スピントロニクス」時代の幕開けへ

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2015-12-07

{'items': [{'description': {'blocks': [{'key': 'chnke', 'text': 'マイナス電荷を持つ物質内電子たちが、クーロン反発でお互いに力を影響し合う関係。機敏に電子が動く一般的な金属では、各電子の周りから他の電子がクーロン反発を逃れて動き、プラス電荷を持つ残った原子核に電子は瞬時に取り囲まれる。この遮蔽によって、周囲へ及ぼすクーロン力を弱めた電子は、あたかも孤立した自由粒子のように振る舞う。一方、遷移金属や希土類で構成される物質内の電子は、特定の軌道に運動が制限されて遮蔽が不完全となる。その結果、電子同士のクーロン反発が無視できなくなり、強い電子相関が生じる。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term1', 'term': '電子相関'}, {'description': {'blocks': [{'key': 'advtm', 'text': '物質内部は絶縁体で電気を通さないが、表面は電気を通す物質である。幾何学的(トポロジー)概念を用いてその電子状態が記述分類されるためトポロジカル絶縁体と呼ばれる。2005年に理論的提唱がなされ、2007年に実験で確認された。トポロジカル絶縁体の伝導表面では、電子スピンの向きが運動方向に対して垂直に固定されるため、スピン流が流れる。しかも、相対論的粒子として質量ゼロで伝導し、かつ不純物に邪魔されにくい性質を持つため、超高速かつ低消費電力でのデバイス応用が見込まれる。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term2', 'term': 'トポロジカル絶縁体'}, {'description': {'blocks': [{'key': 'dl7qk', 'text': '電子スピンが質量ゼロで物質中を流れる物質。表面電子が2次元的なスピン流を生むトポロジカル絶縁体とは対象的に、ワイル半金属では3次元的にスピン流が流れる。名前の由来は、ヘルマン・ワイルが提唱したワイル方程式に従って電子状態が記述されることと、限られた数の電子のみが金属伝導に寄与する「半金属」的な性質から来る。ワイル半金属の物質内では、上向きと下向きのスピンが同じ運動量を持つ状態(ワイル点)が、磁石の「N極」と「S極」に相当する2点の対として発生している。今年、ヒ素化タンタル（TaAs）の結晶中にその存在が初めて発見され、大きく注目されている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term3', 'term': 'ワイル半金属'}, {'description': {'blocks': [{'key': 'envqg', 'text': '物質に光を照射して飛び出す電子(光電子)を観察することで、物質内の電子状態を観察する実験手法。光が伝搬する波であると同時に粒の集合体であるとして、光の概念を覆したアインシュタインの発想(1921年のノーベル賞受賞理由)に基づく。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term4', 'term': '光電子分光'}, {'description': {'blocks': [{'key': '4ftrh', 'text': '実世界(位置座標空間)で見ると複雑にうごめく膨大な数の物質内電子も、背後で周期的に配列する原子核上を伝導することを許す運動量しか持ち得ないことから、運動量空間で眺めてやるとすっきりと整理される。運動量空間において一つの座標を占有できる電子数は2つまでと量子力学的に制約されるため、エネルギーの低い運動量座標から順に物質内電子を詰めて行くと、やがてその最高エネルギーが定まる。これをフェルミエネルギーと呼び、海面との比喩から、電子の詰まった運動量空間を‘フェルミ海（Fermi sea）’と呼ぶことがある。物質の電子物性はこの海面近傍の電子が担うため、海面に浮かぶ島(電子構造)の形状が物質の個性を決めると言ってよい。本研究では、トポロジカル理論を駆り立てる宝庫とも言える、一点のみが海面上に顔を出す放物型電子構造をイリジウム酸化物で発見した （図1） 。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term5', 'term': 'フェルミ海'}, {'description': {'blocks': [{'key': '1kkr4', 'text': '物質開発におけるこれまでの主な舞台は、電子相関とスピン軌道相互作用のどちらか一方を有する物質群にあった。強い電子相関と強いスピン軌道相互作用の両者を兼ね備えた電子系は未開拓であり、新奇なトポロジカル量子相が理論予想されることからも、次なるフロンティアとして注目されている。その候補として、5d軌道を有する遷移金属イリジウム酸化物が期待されている。3d,4d,5dへと電子軌道が広がると電子相関は弱くなるが、一方で、原子量の増大によりスピン軌道相互作用が強くなる。電子相関とスピン軌道相互作用の両者が同程度のエネルギースケールを持って競合するイリジウム酸化物5d電子系は、今大変注目される新しい研究分野である。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term6', 'term': 'イリジウム酸化物'}, {'description': {'blocks': [{'key': 'cu1cc', 'text': '物質中の電子が持ちうるエネルギーと運動量の関係を運動量空間で描いた模様。物質を構成する元素の種類と、その元素が物質内で配列される位置関係で決まり、あらゆる電子物性を司る構造である。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term7', 'term': '電子構造 '}, {'description': {'blocks': [{'key': 'dgk', 'text': '空間の幾何的変化に対して物理法則(電子の振る舞い)が変化しないこと。元素が周期的に配列して形成される物質(結晶)の中を伝搬する電子の振る舞いを規定する重要な概念となる。今回の研究対象であるイリジウム酸化物は、立方晶と呼ばれる結晶構造を持っており、フェルミ海面の一点で顔を出す特異な電子構造が、この結晶対称性によって保護されている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term8', 'term': '空間対称性'}, {'description': {'blocks': [{'key': '3of7n', 'text': '時間の変化(並進や反転)に対して物理法則(電子の振る舞い)が変化しないこと。電子がある方向の磁場を感じつつ伝搬する時、時間反転対称性が破れる。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}, 'key': 'term9', 'term': '時間対称性'}]}

['fbs']

['木村真一']