広報活動

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2009年8月13日

独立行政法人 理化学研究所

有機モット絶縁体で不思議な電子の振る舞いを観測

-ネバネバ電子が突然サラサラ電子に-

電子を加えたときの伝導電子密度の変化

電子は、「粒子」としての性質と「波動」としての性質を持ちます。金属に電気が流れるとき、電気伝導を担う「伝導電子」が波動としての性質を発揮し、原子間、分子間を自由に飛び移っています。しかし、酸化ニッケルなどある種の金属では、伝導電子の粒子としての性質が現れ、電子間のクーロン反発により動きづらくなり、電気を流せなくなります。このような電子は「強相関電子」と呼ばれ、いくつか不思議な性質を持ちます。

電子間のクーロン反発によってできたモット絶縁体である銅酸化物に、電子の出し入れを行うと 、強相関電子が波動としての性質を取り戻し、「フィリング制御型モット転移」 を起こして、高温超伝導が発現することが知られています。この強相関電子の不思議な振る舞いを明らかにするには、物理的手法のFET (FET=電界効果トランジスタ)を利用して解析する必要がありましたが、いまだ実現していませんでした。

基幹研究所加藤分子物性研究室は、有機モット絶縁体を用いて作製した有機FET に対し、外からほんの少しだけ電子を加えると、重く粘り気のある強相関電子の状態から、突然さらさらと動ける伝導電子の状態に、振る舞いを変化させる様子を観測することに成功しました。有機FETで、このようなフィリング制御型モット転移を観測したのは、世界で初めてのことです。

今回、伝導電子の性質が粒子から波動へと変化する様子を連続的に観測できたことで、今後モット転移の理論的理解が進みます。また、銅酸化物の高温超伝導など、強相関電子に特徴的な物性の解明にも寄与する とともに、新しい原理による革新的電子デバイスの開発につながると期待されます。

理化学研究所
基幹研究所 加藤分子物性研究室
ジュニア・リサーチ・アソシエイト
川椙 義高(かわすぎ よしたか)
Tel: 048-467-9410 / Fax: 048-462-4661

専任研究員
山本 浩史(やまもと ひろし)
Tel: 048-467-9410 / Fax: 048-462-4661