極端紫外光研究施設 助教授
木村 真一 氏
低エネルギー放射光を使った物質科学研究
近年、電子間相互作用の強い物質、いわゆる「強相関伝導系」に注目が集められている。そこでは、電子の運動エネルギーと電子間に働くクーロン相互作用との大小関係が物性を支配しており、その量子臨界点の近傍で、超伝導、巨大磁気抵抗、非フェルミ液体などの、きわめて多彩な物性が出現することが最近の研究でわかってきた。今後も、今まで以上に多彩な物性が生み出されるものと考えられ、次世代の社会基盤を担っていく材料となることが期待されている。
これらの物性の起源は、物質のフェルミ準位のごく近傍の電子状態である。その電子状態個別の励起で直接観測できるのが、光反射・吸収や光電子分光などの光学測定である。私たちの研究グループは、UVSOR（分子科学研究所・極端紫外光研究施設）やSPring-8（大型放射光施設）などのシンクロトロン放射光を使って、強相関伝導系の分光研究およびその方法論の開発を行っている。シンクロトロン放射光は、テラヘルツ・遠赤外からX線領域まで切れ目のない連続光源であり、かつ通常の光源に比較して高輝度でかつ偏光特性に優れており、実験室では不可能または困難であった新しい実験研究を行うことができる。現在取り組んでいるテーマは、
- 赤外磁気光学イメージングによる局所電子状態や多重極限下の分光研究、
- 高分解能角度分解共鳴光電子分光による電子状態の研究、および、
- 強相関伝導系ナノ薄膜の電子状態の光電子分光・赤外分光による研究である。
これらの中で、(1)は私たちのグループが世界に先駆けて開始したものである。この手法では、光源にSPring-8からの高輝度赤外光を使用した12μmの空間分解能で赤外反射分光およびそのイメージングが可能な装置を建設し、テラヘルツ・遠赤外から可視域までの広い光エネルギーの範囲で、簡便に電子状態を空間的に分離して観測することが可能であり、強相関伝導系などのフェルミ準位近傍の電子状態の研究に重要な情報が得られる。実際に有機伝導体が局所的に金属であるか絶縁体であるかといった電子状態の空間分布を観測することに世界ではじめて成功した。(2)では偏光可変アンジュレータを使って、電子軌道を分離した光電子分光装置をUVSORに設置し、研究を開始した。現在、これら2つの実験を組み合わせることで、物性の起源である電子状態を総合的に調べている。
