電子波の位相変化は人工原子の内部構造を反映することを世界で初めて実証 ～２０年来の電子の散乱位相に関する問題に決着 ～

電子波が原子によって散乱される際に生じる位相のずれは、物理学の最も基本的な問題のひとつです。位相のずれに原子内の電子軌道の形が反映されることが理論的に指摘された一方、1997年にNatureに掲載された論文では、電子を10個以上内包する人工原子による散乱で生じる位相のずれが、電子数を１変化させる毎に元に戻るという、軌道に依存しない普遍的な振る舞いが報告されました。その起源を巡って多くの研究が行われましたが、未解決のまま現在に至っていました。

　東京大学大学院工学系研究科の樽茶教授（理化学研究所創発物性科学研究センター量子情報エレクトロニクス部門部門長）、山本特任准教授（理化学研究所創発物性科学研究センター量子電子デバイス研究ユニットユニットリーダー）と産業技術総合研究所物理計測標準研究部門の高田研究員らは仏ネール研究所のボイヤレ博士らと共同で、電子波の位相のずれを精密かつ信頼性高く測定できる独自の二経路干渉計を用いて、多電子の人工原子でも位相のずれが軌道の形を反映することを世界で初めて明らかにしました。その研究結果は、2017年6月7日にPhysical Review Bに掲載されました。（https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.95.241301）。

本研究では更にデータを追加して、現実的な実験系で正しい測定を行えば普遍的な位相変化は観測され得ないことを示し、20年来の電子の散乱位相の問題に決着をつけました。開発した位相測定技術は、人工原子の内部構造を探る方法として有用であり、散乱問題が関わる様々な物理現象の解明や、電子波の位相を情報のリソースとする量子情報デバイスにも利用できます。

　なお、本研究成果は、2017年11月22日（英国時間）に英国科学雑誌Nature Communications (Nature Publishing Group)に掲載されました。

プレスリリース本文：PDFリンク

Nature Communications : https://www.nature.com/articles/s41467-017-01685-z

産業技術総合研究所：http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2017/pr20171124/pr20171124.html