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光分子科学研究領域田中グループ

田中グループ_メインイメージ
場所:明大寺キャンパス UVSOR棟
Annual Review : こちら

強相関電子系、シンクロトロン光、電子構造、光電子分光

電子構造の直接観測による固体物性の発現機構の解明

近年、強相関電子系とよばれる物質群が話題を集めています。これらの物質中では、電子の密度が非常に高いため電子同士が互いに強く相互作用しあっていて、固体物理学の基本理論であるバンド理論では電子の運動を説明できません。そして従来理論の予想を遥かに超えたきわめて多彩で面白い物性、例えば高温超伝導、巨大磁気抵抗、非フェルミ液体などが出現することが最近の研究でわかってきました。このような、強相関電子系の物質は、電子の電荷・スピン・軌道を制御することで、これまでのエレクトロニクスを凌駕するスピントロニクス、強相関エレクトロニクスの電子デバイスになる可能性を秘めており次世代のエレクトロニクスを担う物質として期待されています。

これらの物性は、物質のフェルミ準位のごく近傍の電子状態が担っていて、その電子状態を観測することは物性発現機構の理解、そして新物性の発見には欠かせません。われわれのグループは、UVSOR-Ⅲのシンクロトロン光を使って、強相関伝導系物質の分光実験を行うことで、電子状態を直接観測する研究を行っています。シンクロトロン光は、テラヘルツ・遠赤外からX線まで切れ目のない連続な光であり、かつ高輝度でかつ偏光特性に優れており、実験室とは違ったまったく新しい分光実験を行うことができます。また強相関電子系物質では、電子の電荷に加えて、スピンが物性に大きく寄与します。そこで世界に先駆けて、固体中の電子の運動だけでなく、そのスピンの情報まで同時に取得できる分光装置の開発を行っています。

このように新奇機能性を生み出す電子構造を観測するためのシンクロトロン光を使った新しい分光法の開発し、様々な物質の物性の発現機構の解明を目指しています。

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UVSOR-II BL7Uの真空紫外3次元角度分解光電子分光ビームライン。

参考文献

  1. K. Tanaka, W.S. Lee, D.H. Lu, A. Fujimori, T. Fujii, Risdiana, I. Terasaki, D.J. Scalapino, T.P. Devereaux, Z. Hussain, Z.-X. Shen, “Distinct Fermi-momentum-dependent energy gaps in deeply underdoped Bi2212.” Science, 314, 1910-1913, 2006. 
  2. W.S. Lee, I.M. Vishik, K. Tanaka, D.H. Lu, T. Sasagawa, N. Nagaosa, T.P. Devereaux, Z. Hussain, Z.-X. Shen, “Abrupt onset of a second energy gap at the superconducting transition of underdoped Bi2212.” Nature, 450, 81-84, 2007.