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【理研】電子が質量を失って液晶になる物質を発見!

1: チミル ★ 2022/12/07(水) 21:18:48.87 ID:bVPJ8U799
理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター 創発物性計測研究チームのクリストファー・J・バトラー 研究員、幸坂 祐生 上級研究員(研究当時、現創発物性計測研究チーム 客員研究員、京都大学大学院 理学研究科 教授)、花栗 哲郎 チームリーダー、名古屋大学大学院 理学研究科 理学専攻 物理科学領域の山川 洋一 講師、大成 誠一郎 准教授、紺谷 浩 教授らの国際共同研究グループは、バリウムとニッケルの硫化物BaNiS2において、質量を持たない電子(ディラック電子[1])とあたかも液晶[2]のように振る舞う電子が共存していることを発見しました。

本研究成果は、非常に珍しい電子状態であり、全く新しい物性を実現する舞台として期待できます。

結晶構造が特別な幾何学的対称性[3]を持つ物質や、電子状態がトポロジー[4]的に非自明[5]な物質では、電子の質量がゼロになることがあります。一方、電子間の斥力相互作用(電子相関[6])が強い遷移金属化合物[7]では、高温超伝導[8]やさまざまな磁性など、非自明で役に立つ現象が観測されます。これらの対称性・トポロジーに立脚した物質の研究と電子相関の研究は、現代物性物理の二大潮流ですが、それぞれの効果が著しい物質は異なっている場合が多く、両者の共存・競合を研究することは困難でした。

今回、国際共同研究グループは、BaNiS2では、質量を失ったディラック電子と電子相関によって生じた液晶のように方向性を持った電子が共存していることを走査型トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)[9]を用いた実験とその理論解析から明らかにしました。これにより、対称性・トポロジーと電子相関が織りなす創発現象探索の扉が開かれたことになります。

本研究は、科学雑誌『Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)』オンライン版(12月2日付)に掲載されました。

結晶構造の対称性を破る電子の液晶の図

結晶構造の対称性を破る電子の液晶(結晶構造の上部は異なるエネルギーでの電子状態像)

 

背景
電子は負の電荷を持ち、原子の中では正の電荷を持った原子核に束縛されて離散的なエネルギーを持ちます。多数の原子が周期的に並んだ固体の中では、一部の電子は原子核の束縛から逃れて結晶全体を動き回るようになりますが、依然として周期的に並んだ原子核からの引力を感じながら運動します。そのため、原子核の配列の仕方、すなわち結晶構造とその幾何学的対称性は、電子状態を決定する重要な要因の一つです。固体内電子が持つエネルギーは大まかに原子のエネルギー準位と対応付けられますが、その順番は必ずしも原子と同じになるとは限りません。これは、電子状態に一種の「ねじれ」が作られることを意味し、数学的にはトポロジーを使って表現できます。

近年、このような対称性やトポロジーが電子状態や物性に与える影響の理解が急速に進み、特定の条件を満たすと、質量がゼロの電子(ディラック電子)や量子計算の基本素子への応用が期待されるマヨラナ準粒子[10]が現れることが分かってきています。

一方、固体内で電子は、原子核に加えて他の電子とも相互作用します。電子間相互作用(電子相関)の問題は、運動する多数の電子を同時に考える必要があるために本質的に多体問題[11]であり、その理解は容易ではありません。しかし、電子相関は、高温超伝導やさまざまな磁性のように、固体を舞台として創発する非自明で有益な現象をもたらすと考えられることから、その研究は非常に重要です。現在、対称性・トポロジーの研究と電子相関の研究は物性物理学研究の二大潮流となっています。

これら、対称性・トポロジーの効果と電子相関の効果を協奏させることができれば、例えば、質量のない電子の超伝導など、全く未知の物性が創発する可能性が高く、非常に魅力的です。しかし、対称性・トポロジーが非自明な物質では電子相関の効果が弱く、電子相関効果が著しくなることの多い遷移金属化合物では対称性・トポロジーが自明[5]なことが多いため、対称性・トポロジーと電子相関の効果が共存できる新しい物質が求められていました。


※引用ここまで。全文は下記よりお願いいたします。
https://www.riken.jp/press/2022/20221207_2/index.html
 
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ネットの声

3: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:19:26.89 ID:j8JCDRx10
>>1
質量を持たないってことはエネルギーがない

 

22: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:25:31.45 ID:Ir2PjJv/0
>>3
X線って質量あったっけ?

 

83: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 22:31:56.86 ID:4DI7rW+n0
>>3
光子のエネルギーはゼロってこと?!

 

87: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 22:36:09.42 ID:1uhcUVHt0
>>83
一般相対性理論ではそういうことになる
それで説明がつかないから特殊相対性理論というものが出てくる

 

169: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 07:25:01.11 ID:nz7tPyT00
>>87
一般だとエネルギーゼロなのに特殊だとエネルギーがある?!
じゃあその一般化間違ってないですか?

 

95: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 23:02:36.93 ID:QxH5hQgs0
>>3
そんなイミフを言う奴はディラックの海に還元されてしまえ

 

20: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:25:18.14 ID:oJGsCtmu0
>>1
質量はありまぁ~す

 

34: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:31:55.28 ID:muhvCvX40
>>1
ディラックの海(=虚数空間)
懐かしい

第十二使徒レリエルでんな

 

79: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 22:27:14.44 ID:KjPM9s5c0
>>1
日本糞術会議「中国たま~!日本の技術を献上しますだ~!」

 

202: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 19:57:06.02 ID:IO7ALwh80
>>1
ゆたぼんにも分かるように説明してくれ

 

7: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:21:08.61 ID:LKh1gFVd0
なんかいまいち理解できん
質量のない液晶だと…!?

 

10: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:21:21.21 ID:sw73dfv+0
何言ってるか分からん…

5文字以内にまとめて欲しい

 

37: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:32:08.21 ID:o7eZzyYS0
>>10
ふえるわかめ(字余り)

 

39: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:34:14.17 ID:2s1QRXvn0
>>10
スープおじさん

 

57: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:49:25.39 ID:IrbcfWOr0
>>10
スタップ

 

81: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 22:30:37.64 ID:98Yx1IpM0
>>10
ありまぁす
 
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103: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 23:26:02.86 ID:QxH5hQgs0
>>10
ディラックは真空は何もないのではなく
反電子が満ちていると考えて
普通の電子は反電子がない状態
穴が空いてる状態こそが電子そのもの
という理論
そのディラックの電子が現れた

6行で説明したけど

 

143: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 01:37:15.61 ID:u82+ivnQ0
>>103
もうちょっと分かりやすく。

 

148: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 01:43:59.37 ID:U3nzuZP40
>>103
正孔か

 

208: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/09(金) 10:36:37.70 ID:S3RPXCx70
>>103
3回読んでもわかりません
図解して

 

16: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:24:23.97 ID:G6gFAfSm0
つまりどういうことだってばよ?

 

18: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:24:54.54 ID:ogXHCOjL0
すごいな、最近こんな新素材発見とか無いだろ

 

21: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:25:22.53 ID:173zCGs20
アメリカの軍事施設では利用されているかも
はよ 反重力作ってくれ

 

26: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:29:34.34 ID:q7+4ss+J0
液晶パネルが安くなるのか

 

28: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/07(水) 21:30:10.68 ID:W0gSoy/j0
こういう話聞くの好きテンション上がる

>これら、対称性・トポロジーの効果と電子相関の効果を協奏させることができれば、例えば、質量のない電子の超伝導など、全く未知の物性が創発する可能性が高く、非常に魅力的です。

 

181: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 09:10:11.20 ID:9lUUv8N40
遊んでんじゃねーよ!
もっと金になる研究をしろ

 

183: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 09:28:42.27 ID:fwlGmbq20
>>181
金にするのは開発の仕事
研究とごっちゃにするな

 

187: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 09:55:22.23 ID:rlK462iX0
>>183
こんな遊びで無駄金使うから日本は衰退してるんだぞ

 

188: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/08(木) 10:00:30.00 ID:fwlGmbq20
>>187
アホはすぐ金にならない研究という
未知を究明するのが研究
研究成果を商品化するのが開発と思えるといいよアホ

 

215: ニューノーマルの名無しさん 2022/12/09(金) 11:20:19.40 ID:UVQh+Qkk0
で、何の役に立つんよ?

 

引用元: https://asahi.5ch.net/test/read.cgi/newsplus/1670415528/

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