&aname(top); 我々の研究室では、強く相互作用し合う電子系の示す興味ある多彩な振る舞いを実験を通じて研究しています。特に物質が低温で示す超伝導現象、電子輸送現象、相転移現象に興味を持っています。 特に我々が一番興味を持っているのは超伝導現象です。超伝導は物理学における最も劇的な現象の一つです。この現象の解明は固体物理学だけの問題にとどまらず、極低温における超流動ヘリウム、レーザー冷却によりボーズ・アインシュタイン凝縮した希薄原子ガス、重イオン加速器によってつくり出された超高密度原子核や宇宙における中性子星の問題とも密接に関わっており、現代物理学の中心的課題の一つです。また超伝導現象は科学技術とも密接に関わっています。20世紀後半の科学文明は、半導体中の電子を制御し集積回路を作ることによって支えられたと言えます。これに対し超伝導は、例えば現在のスーパーコンピューターの演算速度を桁違いに高速にできる可能性も持っており、21世紀の科学文明を支えることの出来る新しい極めて重要な技術であるとも言えます。 我々はその中でも最先端のトピックスを扱っており、最近行った具体的研究は +&color(Blue){超伝導体における対称性の破れ}; +&color(Blue){新奇超伝導状態}; +&color(Blue){2次元人工超格子超伝導の創成と量子位相制御}; +&color(Blue){非フェルミ流体的な電子輸送現象の研究}; +&color(Blue){量子臨界現象の制御}; +&color(Blue){ボルテックスマター(量子渦)の統計物理}; +&color(Blue){超伝導プラズマとTHz光発振}; +&color(Blue){量子スピン系}; です。実験は主として測定を中心とし、電子輸送現象、熱輸送現象、トンネル接合、マイクロ波応答、高周波応答(ラジオ波〜マイクロ波)、走査型ホール素子顕微鏡、磁気光学顕微鏡、超音波、中性子散乱、ミューオン等により行います。また実験は、超低温(ミリケルビン)、超強磁場(数10テスラ)の極限環境下でも行います。さらに試料作製も行います。特に分子線エピタキシー(MBE)法を用いて原子単位で人工超格子を作製し、ナノ構造を持った自然界に存在しない物質開発に力を注いでいます。 これらの研究は国内外の多くの研究グループと共同で行っています。これまで国内では、北海道大学、東北大学、東京大学、お茶の水女子大学、名古屋大学、大阪大学、日本原子力研究機構、物質材料研究機構、国外ではプリンストン大学、カリフォルニア大学、コーネル大学、ルイジアナ大学、IBMワトソン研究所、ロスアラモス国立研究所、オークリッジ国立研究所、国立高磁場研究所(米国)、エコール・ポリテクニーク、パリ物理化学研究所、グルノーブル国立研究所、ボルドー大学(フランス)、マックス・プランク研究所(ドイツ)、スイス連邦工科大学(スイス)と共同研究を行ってきました。 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''超伝導体における対称性の破れ''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#abb56303] ほとんどの超伝導体ではクーパー対の形状は等方的なs波(図1)です。これに対して異方的超伝導体ではその形状は異方的です。たとえば図2ではd波超伝導体の形状を書いてあります。s波超伝導体は格子振動を媒介として電子が引き合うのに対して異方的超伝導体では電子相関や磁性によって引力が働くと考えられております。超伝導体の研究で最も重要なことはその引力のメカニズムを知ることですがそのためにはクーパー対の形状つまり超伝導のギャップ関数を知る必要があります。図3にこれまで我々の研究室で決定した様々な異方的超伝導体のギャップ構造を示します.~ ~ &ref(http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.files/menu.files/Research.files/sd.jpg); ~ Fig1 Fig2~ &ref(http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.files/menu.files/Research.files/symmetry.jpg); ~ ~ Fig3 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''新奇超伝導状態''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#pbc6ff63] ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''2次元人工超格子超伝導の創成と量子位相制御''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#v73116e8] /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''非フェルミ流体的な電子輸送現象の研究''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#a4d9c211] 電子輸送現象でもっとも基本的な物理量は、電気抵抗、ホール係数、磁気抵抗であり、これらの輸送係数は、ほとんどの場合、ランダウのフェルミ液体理論により予想される振る舞いを示します。しかしながら最近、フェルミ液体理論から大きく外れたいわゆる非フェルミ液体的な振る舞いを示す物質が、銅酸化物高温超伝導体、重い電子系化合物、有機伝導体のような、いわゆる強相関電子系物質で数多く見つかってきています。非フェルミ液体状態は、エキゾチック超伝導の発現機構とも密接に関係しています。非フェルミ液体的な電子の挙動は、反強磁性や強磁性不安定性が起こる近傍、いわゆる''量子臨界点''近傍でしばしば観測されます。非フェルミ流体的な輸送係数の振る舞いに対しては、例えば伝導を担うものは単純な電子ではなく、エキゾチックな粒子、スピノンとホロンであると仮定するものなどもありますが、これまで多くの論争があるもののいまだに理解されていない問題です。このように強相関電子系の非フェルミ液体的な挙動は、超伝導や量子臨界点とも深く関わった物理学における重要な問題の一つです。 そのような背景のもと、我々は現在準2次元的な電子構造を持つ重い電子系化合物と呼ばれる超伝導体CeMIn5 (M=Rh, Co, Ir)に注目して電子輸送現象の研究をしております。CeMIn5は圧力によって基底状態を反強磁性相から超伝導相まで連続的に変化させることができ、電子相図の広い温度と磁場範囲を調べることができ、強相関電子系の輸送現象の詳細を系統的に調べる上で非常に適しています。 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''量子臨界現象の制御''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#x9e9db85] /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''ボルテックスマター(量子渦)の統計物理''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#ufb6b8c8] 強く相互作用しあう系の多彩な現象は、物理学における最も活発に研究が行われている分野の一つです。特に一次元のひも状の分子が、反発し合ったり絡み合ったりして引き起こされる相転移現象は、高分子、タンパク質、DNAなどの生命現象とも関係した重要な問題です。第2種超伝導体に磁場をかけると量子化された磁束が一次元のひもになって(渦が糸のようになることから渦糸と呼ばれます)試料に侵入します。特に高温超伝導体や有機超伝導体の渦糸状態は従来の超伝導体とは大きく異なっています。これらの超伝導体では渦電流が2次元面に閉じこめられたパンケーキ渦が弱く面間に結合しています。つまりパンケーキが弱いひもで繋がった構造を持っています。このような系は低温弱磁場では 3角格子を作って整列しているものの、熱揺らぎのためにある時には液体になったり、ある時には結晶中のランダムポテンシャルのためにグラスとなったりして、まさに複雑系物質と言えます。このような系は「ボルテックスマター(渦物質)」と呼ばれ統計力学の対象としても興味深いものです。我々は様々な方法でこのこの複雑物質を調べています。 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''超伝導プラズマとTHz光発振''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#ec6fdce6] /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// *&color(Navy){''量子スピン系''}; &aname(top){ページのTopへ}; [#w0a309d7]