光で探る物質の電子状態

岡村 英一 先生

神戸大学　大学院理学研究科　物理学専攻

分野：光学的手法を用いた物性実験

概要

電気が流れる・流れないなど物質の基本的性質は、その物質の中で電子がどのような状態を取っているか、すなわちその物質の電子状態で決まります。これに対して物質の色や透明・不透明などの光学的性質は、電気的性質などとは一見無関係に思えるかも知れません。しかし私たちの身の回りで透明な金属や透明な磁石というものは見かけません。実は物質の光学的性質はその電子状態と密接に関連しており、逆に光を用いて物質の電子状態を調べることができます。

このような研究は「光物性」と呼ばれており、このサブゼミではその基礎を解説します。まず第１回において物質に含まれる電子と光（電磁波）の相互作用が古典電磁気学と量子力学によってどう理解でき、それが金属や半導体などの光学的性質にどう反映されるのか説明します。その応用例として液晶ディスプレイに多用されている「透明電極」、つまり天然には存在しない「透明な金属」を作る方法を解説します。以上をうけて第２回では、電子間の強い相互作用のために特異な物性を示す「強相関電子系」物質に対する、主に赤外線領域の光を用いた光物性研究について紹介します。

特に「重い電子系」と呼ばれる物質や、温度や外部圧力によって金属絶縁体転移を示す物質について、赤外線を用いた実験からその電子状態に関してどのような情報が求まるのかを解説します。以上より光を用いた電子状態研究の基礎を学んでいただくことを目標とします。

世話人からのメッセージ

金属絶縁体転移、超伝導などの面白い物性を理解するためには、物質中で電子がどのような状態にあるか？（電子状態）を知る必要があります。

今回お呼びした岡村先生は、放射光を用いた高圧下・赤外分光から物質の電子状態を研究されています。「圧力下で分光測定をする」というのは実は発展途上であり、尚且つ光を絞ることができる放射光を使わなければ難しい実験手法で、岡村先生はその先駆け的研究者です。

今回は分光の基礎から、先生が精力的に研究されている重い電子系の研究について解説していただきます。あとボストンに滞在されたこともあるようで、面白い体験談などをお話していただけるかもしれません。