受験生向け研究室紹介

 

ここでは主に,電子物性研究室の研究テーマの一つである光電子分光について紹介しています.(受験生へのメッセージ付き!)

本文:山崎  


研究テーマ

 電子物性研究室では日本を代表する研究施設である大型放射光施設SPring-8や実験室の装置により発生する真空紫外線,軟X線,硬X線など広いエネルギー範囲の光を使って,近年新たに創成された物質の電子状態を調べ,その物質で観測されている特異な現象の起源を明らかにしています.電子状態というのはあまり日常生活では馴染みがないもののように感じられますが,エレクトロニクスやIT技術が現代社会になくてはならないものになった今,電子は皆さんが恩恵を受けてる多くのものの性質を司っているのです.身の回りのものが金属であったり,半導体であったり,超伝導になったりというのは,すべてこの電子の状態に関係しています.

 鉄や銅などの遷移金属や磁石に使われているサマリウムやネオジミウムといった希土類の性質はずいぶん昔から研究され,よく知られていました.今日これらの物質と他の元素をいろいろと組み合わせて非常に多くの新しい物質が産まれています.そのなかには,自然界では今までみられなかったような,電子が通常の何百倍も重くなる重い電子状態や,価数が大きく揺らいでいる価数揺動状態,全く新しい発現機構を持つ超伝導状態を示すものも多く含まれています.これらの物質では電子間のクーロン相互作用が非常に強いことが知られており,強相関物質と呼ばれています.また,同じ化合物でも大きさがナノ(100万分の1ミリ)・スケールになると,いままでにない特性を示すものもあります.

研究テーマの社会的重要性

現在,日常生活で目にする製品の中にはトンネル効果などの量子効果と呼ばれる電子特有の性質を利用したものが多々あります.最近では,電子の持つ「電荷」という自由度のほかにも「スピン」と呼ばれる電子の自転に関する自由度を使ったデバイスも登場してきています.このようにエレクトロニクスデバイスは物理なしにはとても語れるものではありません.私自身,磁性体をはじめとした物質が示す物理的な特性の起源をもっと掘り下げて研究したいと思い,企業を退職して大学院の博士過程に進学しました.その後は,未来のエレクトロニクス材料になると期待されるような強相関物質を中心に,シンクロトロン放射と呼ばれる過程で発生する放射光を用いてこれらの物質の電子状態を詳しく調べています.

 強相関物質では僅かな外部環境の変化によって非常に大きな特性の変化,すなわち電子状態の変化を起こすものがあります.これらは,電子が原子核の周りを公転するという最後の自由度「軌道」に関連した現象であったり,強相関物質の中の電子が持つ特有の性質に関連した現象であったりします.これらの物質が持つ独特な性質の起源を明らかにすることは,強相関物質をエレクトロニクス材料などへ応用する上でも,また今後様々な新しい物質が生み出されたときにみられるであろう特異な現象を理解する上でも極めて重要なのです.

 電子物性研究室では基礎・応用の両方の視点から様々な強相関物質に注目して光電子分光など光を使った実験を行っています.アインシュタインの有名な光量子仮説により説明される光電効果を基本原理とする光電子分光測定はこれらの物質の特性のカギとなる電子状態を直接観測することが出来るとても強力な研究手法であり,理工学部という環境に適合した基礎から応用まで見通したような固体電子物性研究から材料科学研究まで行うことが出来ると考えています.

 また,学生諸君には卒業研究や大学院での研究を通して様々な物質に触れ,最先端の物性物理・材料研究の現場を肌で感じるとともに研究を楽しみながら実践することで将来広い視野を持つ興味旺盛な人間に成長し,日本の科学技術分野を担う一員になってもらえるものと信じます.


受験生へのメッセージ

 最近の学生さんは物理は難しいというイメージを抱きがちですが,一方で物理を中心とした科学技術の恩恵を多く享受しています.携帯電話や携帯音楽プレーヤー,最新鋭ゲーム機など皆さんが普段使っているものや興味を引かれるものの多くは物理を学んだ企業研究者によって開発されたものだからです.これらのものの中身は複雑な電子回路から成っていますが,もとをたどれば物理法則が支配する世界に行き着きます.ブラックボックスになってしまった身の回りの宝物を,物理を学ぶことで理解し,将来作る側に回ってみてはいかがですか?


研究室の特色

 学生一人ひとりが研究対象として興味のある物質を選び,独自の研究テーマに取り組みます.各人の希望により実験装置の組み立てや理論解析など様々な角度から物性物理研究にアプローチすることもできます.卒業までに研究計画の策定から実験,考察までという問題解決の一連のプロセスを体験し,分野を問わず論理的思考が出来るセンスを養います.


研究室の自慢

 現代物理学で最先端の研究対象である物質を取り扱い,実験室での実験に加えて大型放射光施設において世界最高性能を持った実験装置を使って研究を行っています.