質量がゼロの電子がしめす新規なスピンのゆらぎを発見― 電子が自発的に質量を獲得する新現象の解明に期待 ―

近年、新たなエレクトロニクス材料として期待されているトポロジカル物質などでは、従来の半導体等とは異なり、その特性が 「質量ゼロの電子（ゼロ質量電子）」 によって説明されることが明らかになっています。一方、このような電子系では質量がゼロであるという特性に起因する固有の量子論的効果が多数現れるため、基礎学理の観点からも大きく注目されています。しかし、特にゼロ質量電子系における電子相関効果については未だ十分な検証がなされておらず、実験的な解明が待たれていました。
東北大学金属材料研究所の平田倫啓 助教、東京大学大学院工学系研究科の石川恭平 大学院生（研究当時）、宮川和也 助教、鹿野田一司 教授、名古屋大学大学院理学研究科の松野元樹 大学院生、小林晃人 准教授らの研究グループは、東京理科大学の田村雅史 教授、フランス国立科学研究センターのClaude Berthier 主任研究員（グルノーブルアルペン大学　教授兼任）と共同で、未解明であった強く相互作用するゼロ質量電子系の特性を電子相関が強い有機分子性結晶に着目することで実験的に初めて検証しました。そして、通常の金属では見られない電子スピンの新規なゆらぎを観測し、理論計算との比較から、これが自発的な質量獲得機構の一つであるエキシトン転移の前駆的なゆらぎであることを解明しました。これは、ディラックコーンと呼ばれるバンド構造（電子のエネルギーと運動量の関係を規定するもの）に固有の新しい電子相関効果を発見したことを意味します。この発見は、従来、理論研究が先行していた「ゼロ質量電子系における電子相関効果」という重要課題に対して実験サイドからブレイクスルーをもたらすものであり、今後、ゼロ質量電子が示す新規な物性の開拓を加速し、また応用的にその特性を制御することを目指す新展開の基礎となると期待されます。本研究成果は、2017年12月15日発行の米科学雑誌 『Science』 に掲載されます。

プレスリリース本文：PDFリンク

Science：http://science.sciencemag.org/content/358/6369/1403.full

東北大学：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/12/press20171214-03.html

東北大学金属材料研究所：http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/news/results/detail---id-961.html

名古屋大学：http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/index.html

東京理科大学：http://www.tus.ac.jp/today/06/