51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所?教授?塚﨑 敦

【発表のポイント】

• 高品质な酸化物半导体である酸化亜铅の电子密度を极限まで减らすことで、强い电気的な反発の影响が顕着に表れる电子の本质的な相図（注1）を见出すことに成功しました。
• これまで电子相図の研究には化合物半导体であるヒ化ガリウムが用いられてきましたが、高品质酸化亜铅を用いてより希薄な电子を作ることに成功し、初めて电子の相図の観测に至りました。
• 电気的な反発を考虑した电子の相図は1930年代ごろより研究されており、物理学では根本的かつ実験が困难な问题でした。本成果により、高品质酸化亜铅は电子相図の基础理论を検証する最适な材料であることが示されました。

【概要】

東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター?物理工学専攻の川﨑雅司教授（理化学研究所創発物性科学研究センター強相関界面研究グループ　グループディレクター）が率いる研究グループは、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、カリフォルニア工科大学のJoseph Falson（ジョセフ?フォルソン）博士のグループおよびマックス?プランク固体研究所のJurgen H. Smet（ヨルグン?シメット）博士のグループと共同で、高品質酸化亜鉛を用いることで、電気的な反発が強い電子集団の本質的な相図を解明することに成功しました。

多数の原子から成る物质は温度や圧力などの外部环境によって気体?液体?固体と変化し、その関係を示す「相図」は物质を特徴づける上で最も基本的な情报です。同様に电子の集団に対しても相図を作ることは可能であり、1930年代ごろから多くの物理学者が、电子理论的?実験的侧面からこの问题を研究してきました。しかし、物质と异なり、电子の集団を物质中から取り出すことはできないため、これまでは电子の散乱が极めて少ない高纯度の化合物半导体であるヒ化ガリウム中の电子が调べられてきました。特に、电子の相図を决定する上で最も重要な要素は、电子は原子と违いマイナスに帯电し互いに反発する影响を考虑することです。しかしながら、电気的反発の影响が强くなる希薄密度の电子を作り出すことは、ヒ化ガリウムでは电子散乱が大きくなってしまい、これまで不可能でした。

今回の研究では、电子间の反発の力が顕着になる希薄な电子を纯度が高く、结晶品质の良い酸化亜铅中に形成することに成功し、はじめてこの领域の电子相図を実験的に明らかにすることに成功しました。このことにより、高品质酸化亜铅は电子相図という电子の基本的な性质を调べるのに最も适した材料であることが示されました。

本研究成果は英国科学雑誌『Nature Materials』に2021年12月23日（英国時間）に掲載されました。

本研究は科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業さきがけ「量子計算のための高品質酸化亜鉛を用いた材料基盤創出」（No. JPMJPR1763）、戦略的創造研究推進事業CREST「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成」（No. JPMJCR16F1）、ドイツ研究振興協会（FA 1392/2-1）

図1．酸化亜铅试料の写真
酸化亜铅试料の电気测定にはチタン电极を蒸着し、电极に対してインジウムを用いた半田で配线を行います。

【用语解説】

（注1）相図
水などの物质が圧力と温度などの外部环境によって安定に存在する気体?液体?固体の领域を示した図。より広义には、物质以外にも电子などの素粒子にも适用可能であり、圧力や温度以外にも磁场や密度などの内部?外部环境に対して定まる物理的状态を示した図として用いられます。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学金属材料研究所　教授　塚﨑 敦
罢贰尝：022-215-2085
贰-尘补颈濒：迟蝉耻办补锄补办颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（取材?报道に関すること）
东北大学金属材料研究所　情报企画室広报班
罢贰尝：022-215-2144　贵础齿:022-215-2482
贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.颈尘谤*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）