広報活動

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2009年4月30日

独立行政法人 理化学研究所
学校法人 東邦大学

多層状単結晶で世界初の二次元ゼロギャップ電気伝導体を実現

-有機導体α-(BEDT-TTF)2I3で、ゼロギャップ電子系の決定的な証拠を得る-

有機導体α-(BEDT-TTF)2I3の結晶構造(右上)と 高圧下におけるα-(BEDT-TTF)2I3のゼロギャップ構造(ディラックコーン:中左)とランダウ準位(中右)

固体の中で電子が自由に動き回る金属や、電子が動き出すことができない絶縁体などの物性の特徴は、電子がとりうるエネルギー状態(バンド構造)によって決まっています。半導体(絶縁体)は伝導帯と価電子帯との間にエネルギーギャップを持ちますが、このエネルギーギャップがゼロ、つまり伝導帯と価電子帯とが点で接するゼロギャップ構造では、バンド構造の特殊性によって、電子があたかも質量ゼロの素粒子ニュ-トリノのように固体の中で振る舞い、電気伝導の主役を演じるとされています。新たな素子開発や産業活性化を目指して、新奇な電気伝導特性を秘めたゼロギャップ電気伝導体を、研究者がこぞって探し求めています。

基幹研究所加藤分子物性研究室の田嶋尚也専任研究員らは、東邦大学理学部の梶田晃示教授らと共同で、有機導体α-(BEDT-TTF)2I3が、理論的に示されていたとおり、ゼロギャップ電気伝導体であることを実験的に証明しました。具体的には5ケルビン(K)以下という低温状態で、この物質の層と垂直な方向に磁場をかけていくと、層間方向の電気抵抗が減少していくという多層状二次元ゼロギャップ系に特徴的な挙動を発見しました。

有機導体α-(BEDT-TTF)2I3の結晶構造(右上)と 高圧下におけるα-(BEDT-TTF)<sub>2</sub>I<sub>3</sub>のゼロギャップ構造(ディラックコーン:中左)とランダウ準位(中右)

ゼロギャップ電気伝導体は、2005年にマンチャスター大学のガイム教授らが炭素の層状物質であるグラファイトを一層にしたグラフィンで、質量ゼロの電子の量子現象などを発見し、大きな衝撃を与えました。今回の成果は、グラフィンに次ぐ発見であり、世界で初めて多層状単結晶で実現したゼロギャップ電気伝導体となります。未知の電子の性質の解明だけでなく、電界効果トランジスタ(FET)や熱電材料などの分子デバイスへの展開が注目されます。

理化学研究所
基幹研究所 加藤分子物性研究室
専任研究員 田嶋 尚也(たじま なおや)
Tel: 048-467-4504 / Fax: 048-462-4661

学校法人東邦大学
理学部物理学科物性物理学教室
教授 梶田 晃示(かじた こうじ)
Tel: 047-472-6990 / Fax: 047-472-6990