東大、「電子液体」が「電子結晶」へと移り変わる過程の観測に成功

東京大学(東大)は、電子の結晶状態、液体状態、ガラス状態を同一物質の中に作り出すことができる分子性物質を用いて、電子結晶が形成されていく過程を時間を追って観測することに成功したと発表した。

同成果は、東京大大学院学工学系研究科の佐藤拓朗 博士、宮川和也 助教、鹿野田一司 教授らの研究チームよるもの。詳細は米国の学術誌「Science」オンライン版に掲載された。

液体の中で乱雑に動き回る原子や分子は、通常、冷却することで周期的に整列した結晶(固体)へと変化する。こうしてできた結晶状態は身近な物質の秩序であり、古くから多くの研究がなされてきた。特に、結晶が時間と共にどのように形成されるのかという問題(結晶成長)は、過冷却液体やガラスといった乱れた非平衡状態から秩序のある熱平衡状態への不可逆過程として、広く関心を集めている問題である。

今回の研究では、電気抵抗測定と核磁気共鳴実験の2つの実験手法を用いて、電子の結晶化過程を巨視的・微視的スケールで調べた。その結果、古典的結晶成長における基本概念である核生成と核成長という2つの機構が電子の結晶成長においても働くことが明らかになった。この結果は、結晶成長機構が、古典系/量子系を問わない普遍的なものであることを実験的に示したものだと研究グループは説明している。

今回の成果を受けて研究グループは、強相関電子系とソフトマターという異なる研究分野を繋ぐ成果であり、今後、従来の電子物性研究とは異なる視点で新規な電子状態や物性機能の開拓へと発展することが期待されるとコメントしている。