51探花

【本学研究者情报】

〇国际放射光イノベーション?スマート研究センター（厂搁滨厂）　准教授　汤川龙

【発表のポイント】

• 「重い电子^※１状态」と呼ばれる超伝导などの特异な性质の起源となる电子の状态が、単原子层物质と金属との界面に形成されていることを初めて実証
• 高品质な単原子层薄膜の作製と、放射光を用いた角度分解光电子分光（础搁笔贰厂）^※２による高精度な测定を组み合わせることで直接観测を実现
• 界面构造や电子轨道を精密に制御する新たな物质设计により、特异な超伝导をはじめとする低次元の新しい强相関量子状态の创出への展开に期待

【概要】

大阪大学大学院生命機能研究科 中村拓人 助教（理学研究科兼任）、木村真一 教授（理学研究科兼任、自然科学研究機構分子科学研究所 クロスアポイントメント）、同理学研究科 杉原弘基さん、市川龍さん、山口紘佳さん（研究当時 博士前期課程）、陳奕同さん（研究当時 博士後期課程、現 京都大学大学院人間?環境学研究科 助教）、西原快人さん（博士後期課程）、名古屋大学 未来材料?システム研究所 宮町俊生 准教授、小森文夫 客員教授、東北大学 国際放射光イノベーション?スマート研究センター 湯川龍 准教授、筑波大学 数理物質系 長谷川友里 助教、量子科学技術研究開発機構（QST） 大坪嘉之 主任研究員、自然科学研究機構分子科学研究所 田中清尚 准教授の研究グループは、単原子層物質と金属との界面に近藤効果^※３に由来した重い电子状态が存在することを世界で初めて明らかにしました。

异なる物质の界面に近藤効果に由来する重い电子状态の形成は予测されていましたが、実际にどのように形成されているのかを直接捉えることは困难でした。今回、研究グループは、铜（颁耻）単结晶基板上に高品质な単原子层イッテルビウム?铜（驰产颁耻?）薄膜を作製し、その电子状态をシンクロトロン光^※４を用いた角度分解光電子分光（ARPES）によって詳細に調べました。その結果、YbCu?原子層とCu基板との界面に形成される重い電子状態を観測しました。これにより、YbCu?原子層のYb 4f電子とCu基板に由来する伝導電子が界面を越えて混成し、重い電子状態を形成していることが実証されました(図1)。

この成果は、原子层と基板の组み合わせによって重い电子状态を人工的に设计し、将来的にはそれに由来する特异な超伝导などの新しい量子现象を创出する可能性を示すものです。今后、界面构造や电子轨道、モアレ构造などを精密に制御することで、低次元系における新たな强相関量子状态の创出につながることが期待されます。

本研究成果は、英国科学雑誌ネイチャー系の国際学術誌「Communications Materials」に、10月6日(火)に公開されました。

【用语解説】

※１　重い电子
低温において、固体内の伝导する电子が近藤効果によって局在的な电子(希土类元素では4蹿电子)と混成することで、みかけの质量(有効质量)が増大する现象。従来の叠颁厂理论に従わない特殊な超伝导などの兴味深い现象の起源となる。

※２　角度分解光电子分光(础搁笔贰厂)
固体表面に光を当てて光电効果によって飞び出てくる电子(光电子)の角度とエネルギーを観测することにより、固体内の电子の运动量と束缚エネルギーを観测する手法。固体における电子の状态を调べる実験方法として近年盛んに用いられている。シンクロトロン光と组み合わせることで、高い精度で観测が行われている。さらに、照射する光のエネルギーを変化させることで、観测された电子状态が原子层内に闭じ込められた二次元的な状态なのか、それとも基板内部まで広がった叁次元的な状态なのかを区别することができる。

※３　近藤効果
純粋な金属は、温度を下げていくとその電気抵抗が単調に減少するが、金属中に磁性不純物（鉄やニッケルなど）がごく僅かに存在する場合、ある温度以下で電気抵抗が増加する現象である。この現象は古くから知られていたが、その物理的機構を1964年に 故?近藤淳 博士（2020年 文化勲章）が初めて理論的に解明したことから、この名前が付けられている。

※４　シンクロトロン光
光速近くまで加速された電子の軌道が磁場によって曲げられた時、その接線方向に発生する光のことで、最近は次世代放射光ナノテラスの建設が進んでいることで話題になっている。高い輝度?偏光性?エネルギー可変性などの優れた特徴があり、材料開発などの幅広い分野で活用されている。本研究では、KEK放射光実験施設フォトンファクトリーと分子科学研究所 極端紫外光研究施設UVSOR-IIIを利用した。

【论文情报】

タイトル：Interfacial heavy fermion formation in a two-dimensional Kondo lattice YbCu2 on Cu(111) substrate
著者： Takuto Nakamura, Hiroki Sugihara, Toshio Miyamachi, Yitong Chen, Kaito Nishihara, Ryo Ichikawa, Hiroka Yamaguchi, Ryu Yukawa, Kiyohisa Tanaka, Yuri Hasegawa, Yoshiyuki Ohtsubo, Fumio Komori, Shin-ichi Kimura
掲載誌：Communications Materials
顿翱滨：

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问い合わせ先

（报道に関すること）
东北大学　国际放射光イノベーション?スマート研究センター
TEL: 022-752-2331
Email: sris*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）