2022/01/14

固体中電子の電磁応答の統一

 

-分子性固体における大きな反磁性と電気伝導の量子化-

 

理化学研究所

東京大学大学院理学系研究科

東邦大学

 

 

概要

理化学研究所(理研)開拓研究本部加藤分子物性研究室の藤山茂樹専任研究員(研究当時、現岩崎中間子科学研究室専任研究員)、加藤礼三主任研究員(現理研研究政策審議役)、東京大学大学院理学系研究科の前橋英明特任研究員、東邦大学理学部の田嶋尚也教授らの共同研究グループは、「ディラック電子系」と呼ばれる物質の磁化率と電気伝導度の間のスケーリング則(比例関係)を発見し、この電磁応答の統一が特殊相対性理論における「時間と空間の対称性」に対応していることを見いだしました。

本研究成果は、グラフェンやトポロジカル絶縁体など、次世代デバイスの候補材料における電磁応答の理解の基盤になると期待できます。

今回、共同研究グループは、分子性固体「α-(BETS)2I3」が小さなエネルギーギャップ(電子状態が存在しないエネルギー範囲)を持つ二次元ディラック電子系物質であることを実験とバンド計算から同定し、磁化率と電気伝導度を測定しました。二次元伝導面に垂直な方向にだけ生じる大きな軌道反磁性磁化率を観測し、量子化された電気伝導度とのスケーリング則を導きました。この磁性と電気伝導の強い関係は、ゼロギャップディラック電子の分散関係と光の分散関係が同等であることに由来し、特殊相対性理論が導く時間と空間の対称性に対応していると考えられます。

本研究は、科学雑誌『Physical Review Letters』(1月14日号)の掲載に先立ち、オンライン版(1月12日付)に掲載されました。

図:電気伝導率と反磁性磁化率のスケーリング(比例関係、赤実線は理論計算)

 

なお、本研究成果には、物理学専攻の小形正男教授および前橋英明特任研究員が参加しています。

詳細については、理化学研究所 のホームページをご覧ください。

 

―東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室―

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