電子の移動を阻害する結晶構造をもつ量子的な新素材を発見！ライス大学
ライス大学の科学者たちが、量子相関と結晶構造の幾何学が組み合わさり、電子の移動を阻害し、それらを固定する、初の素材を発見しました。
この発見は、Nature Physicsに掲載された研究で詳細に説明されています。この論文では、研究チームがこの素材を導くための理論的な設計原則と実験方法も述べられています。1部の銅、2部のバナジウム、4部の硫黄から成るこの合金は、角を共有する四面体で構成された3Dピロクロア格子を特徴としています。
「私たちは、新しい物質の状態や新しいエキゾチックな特徴が見つかっていないかどうかを探しています」と、研究の共同対応著者であるライス大学の実験物理学者 ミン・イーは述べています。
量子物質は、量子もつれを生み出す強い電子相互作用をホストする可能性があります。もつれによって、電子の移動が阻害され、固定されるという奇妙な電子の振る舞いが生じます。
この研究は、物質中の電子がフェルミエネルギーの平面バンドになることを実証しています。最近の研究では、カゴメ格子などの2D結晶の原子の幾何学的配置が平坦なバンドを生み出すことがわかっています。この新しい研究は、3D物質でその効果を実証しています。
ライス大学の実験物理学者であるイーと研究のリード著者であるポストドクトラル研究員のジャンウェイ・ワンは、角度分解光電子分光法（ARPES）という実験技術を使用して、銅-バナジウム-硫黄材料のバンド構造を詳細に説明し、特異な平面バンドを見つけました。
「この物質では、両方のタイプの物理学が重要であることがわかりました」と、イーは述べています。「幾何学的なフラストレーションの側面がありましたが、それだけではありませんでした。うれしい驚きは、物理的な性質を決定するのに積極的に参加できるフェルミエネルギーで平面バンドが生成される相関効果もあったことです。」
この研究では、ライスの物理学者ペンチェン・ダイの研究グループが実験検証に必要な多数のサンプルを作成し、ボリス・ヤコブソンの材料科学・ナノエンジニアリング学科の研究グループが幾何学的なフラストレーションによって生じる平面バンド効果を量子化する第一原理計算を行いました。ARPES実験は、ライス大学とカリフォルニアのSLAC国立加速器研究所のスタンフォードシンクロトロン放射光ライトソース、およびニューヨークのブルックヘイブン国立研究所のナショナルシンクロトロンライトソースIIで行われ、SLAC、ブルックヘイブン、ワシントン大学の共同研究者が参加しました。
詳細内容は、ライス大学が提供する元記事を参照してください。
【引用元】
【読み上げ】
VOICEVOX 四国めたん/No.7