【発表のポイント】

• 電子が粒子としての性質を持つ絶縁体の状態から、波としての性質を持つ金属の状態への転移をモット転移と呼び、モット転移近傍では高温超伝導や巨大磁気抵抗など、産業応用上重要な物理現象が観測されています。
• 本研究では、モット転移近傍に位置する有機物質に乱れを導入すると、電子がソフトマターのように振る舞い、動きが極端に遅くなることを明らかにしました。
• この研究結果は、電子物性物理学とソフトマター物理学の懸け橋となる重要な成果であると同時に、モット転移近傍で起こる多彩な物理現象に新たな光を当てるものです。

【概要】

東京理科大学理学部応用物理学科の大学院生の山本陸氏（博士後期課程2年）と古川哲也助教（研究当時。現在は東北大学金属材料研究所 助教）、伊藤哲明教授、東北大学金属材料研究所の佐々木孝彦教授、東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の宮川和也助教、鹿野田一司教授の研究グループは、ある種の有機固体物質の中で、電子の動きが極端に遅くなり電子がソフトマター的挙動を示していることを見出し、さらにその発現メカニズムを解明することに成功しました。

硬い固体の中の電子の振る舞いを調べる研究分野として、電子物性物理学があります。一方、高分子やゲル、コロイドといったやわらかい物質中の構成粒子の振る舞いを調べる研究分野としてソフトマター物理学があります。この両学問分野は、これまではほとんど関連の無い物理分野と認識されてきていました。

本研究グループは電子間の相互作用が重要な役割を果たすモット転移近傍に位置する有機物質にエックス線を500時間照射すると、結晶格子に乱れが生じ、電子の運動が通常の固体中に比べて100万倍から1億倍も遅くなることを明らかにしました。ソフトマターにおいては、構成粒子間の相互作用により、構成粒子が極端にゆっくりと運動することが知られていますが、この結果は、固体中の電子がまさにソフトマター的な振る舞いをしていることを示したものです。

この研究結果は、これまでほとんど独立に発展してきた電子物性物理学とソフトマター物理学の懸け橋となる重要な成果です。また、モット転移近傍は、高温超伝導や巨大磁気抵抗など、産業応用上重要な現象が観測されているため、今後、本研究を発展させることで、次世代のエレクトロニクス開発において欠かせない物理現象の理解につながると期待されます。

本論文は、Physical Review Letters 誌のEditors' Suggestion （編集部による注目論文）に選定されました。

図１　本研究で提唱されたモット転移系の温度－圧力－乱れの３パラメーター相図。電子グリフィス相と書かれている領域で電子にソフトマター性が現れる。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

【研究に関する問い合わせ先】
東北大学　金属材料研究所　教授
佐々木　孝彦（ささき　たかひこ）
takahiko*imr.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

【報道?広報に関する問い合わせ先】
国立大学法人東北大学　金属材料研究所　情報企画室　広報班
TEL：022-215-2144　FAX：022-215-2482
E-mail：pro-adm*imr.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）