1: 2015/02/18(水) 03:14:25.43 ID:???.net
掲載日:2015年2月17日
http://news.mynavi.jp/news/2015/02/17/046/

no title


 金属と絶縁体の狭間で電子が織りなす相転移の量子臨界現象を、東京大学大学院工学系研究科の古川哲也(ふるかわ てつや)博士、宮川和也(みやがわ かずや)助教、鹿野田一司(かのだ かずし)教授らが実験で初めて発見した。3種類の結晶で確認し、量子臨界現象の普遍性も示した。量子臨界領域が持つ大きな量子揺らぎを背景に、新しい電子状態、物性機能を開拓する突破口になりそうだ。埼玉大学の谷口弘三(たにぐち ひろみ)准教授、理化学研究所の加藤礼三(かとう れいぞう)主任研究員らとの共同研究で、2月10日の英科学誌ネイチャーフィジックスのオンライン版に発表した。

 粒子と波の両面を兼ね備えた電子は電荷を持ち、物質の中で互いに反発し合う。反発力が大きいと、電子は粒子として自由に動けず、モット絶縁体と言われる状態になる。一方で反発力が小さくなると、電子は波として自由に動くようになり、絶縁体から金属へと性質を劇的に変える。これをモット転移と呼ぶ。近年、モット転移の量子臨界現象(電子の集団が量子揺らぎを持つ特異な臨界流体)が理論的に予言され、その検証が待ち望まれていた。

 研究グループは3種類の異なる分子性結晶(分子を構成単位とする結晶で、圧力変化などに応答しやすい)の電気抵抗を測定し、各物質の電気抵抗が量子臨界現象に特有の法則を高い精度で満たしていることを示し、モット転移の量子臨界現象を初めて実証した。今回調べた3種類の結晶は、絶対温度25度程度より低い極低温では、物質ごとの個性を反映した多様な金属か絶縁体のいずれかに陥った。これに対し、絶対温度数十度に上げて圧力をかけると、一定の低温・圧力領域で量子臨界現象になることを見いだした。

 研究に使った3種類の分子性結晶は極低温領域でそれぞれ、金属、超伝導、反強磁性秩序状態、スピン液体など異なる状態になり、加圧でモット転移を起こすことが知られていた。物質ごとの個性が際立って現れる極低温領域の状態とは対照的に、絶対温度数十度、高圧で起きる量子臨界現象は物質によらないことを突き止めた。

 分子性結晶中の電子の集団は、極低温から絶対温度数十度まで上げると、普遍的な性質を反映するようになる新事実について、研究グループは「物質科学や物理学全般に適用できる概念」と提唱した。この実験結果を動的平均場理論の予測と比較したところ、量子臨界現象を特徴づける臨界指数がほぼ一致し、この分野の理論研究にも重要な指針を提供した。

続きはソースで

引用元: 【物性物理/量子力学】金属と絶縁体の狭間に量子臨界現象発見 - 東大など

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2: 2015/02/18(水) 03:14:52.38 ID:???.net
<画像>
図1. 電子の集団が強い量子力学的な揺らぎにさらされて、モット転移の量子臨界現象が起きる概念図(提供:東京大学)
http://news.mynavi.jp/news/2015/02/17/046/images/001l.jpg

図2. 銅と炭素、窒素などからなる有機分子性結晶の温度・圧力相関図。明るい色の領域がモット転移の量子臨界領域に相当する。
図中の色は、金属と絶縁体の境界の値で規格化された電気抵抗率の常用対数の絶対値に対応している。(提供:東京大学)
http://news.mynavi.jp/news/2015/02/17/046/images/002l.jpg

<参照>
東京大学工学系研究科 金属と絶縁体の狭間で電子が見せる特異な臨界状態を捉えた- モット転移の量子臨界現象の発見
- : 物理工学専攻 古川 哲也学術支援専門職員、 宮川 和也助教、鹿野田一司教授
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/tpage/release/2015/150210_1.html

Quantum criticality of Mott transition in organic materials : Nature Physics : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3235.html

<関連>
2014年12月22日ニュース「電子軌道の揺らぎによる超伝導を発見」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141222_01.html

56: 2015/02/18(水) 22:47:07.90 ID:gpc6388f.net
>>2ふむ

フラストレーション研究の源流― 磁気的フラストレーション
http://www.frustration.jp/modules/contents/index.php?content_id=12

量子スピン液体状態を探そう
http://www.ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/contents/research/res-sub/contents/qsl/


マクロな結晶においても、例えば3角格子やカゴメ格子といった3角形をユニットとした格子、
あるいはパイロクロア格子のような4面体をユニットとした格子の場合には、結晶全体でも安定状態がユニークに定まらず、スピン系は低温まで強く揺らいだ特異な状態におかれる。
これが「スピン液体」と呼ばれる状態で、特に量子効果が強い場合には、「量子スピン液体」などと呼ばれる。

このような強い特異な揺らぎで特徴付けられる状態は、新奇な物性発現の母体となると期待される。
特に量子性の強いフラストレート系では、フラストレーション効果に伴う揺らぎと量子揺らぎとの効果が相まって、興味深い状態が創り出される可能性が高い。
例えば、量子スピン液体状態にドーピング等でキャリアを導入した場合どのような状態が実現されるかは、固体電子論の根幹とも係る極めて興味深い問題を提起する。

3: 2015/02/18(水) 03:17:50.36 ID:lBrd8Hnq.net
だれか3行で

5: 2015/02/18(水) 03:46:17.88 ID:IXMyO+Ip.net
>>3
不導体のくせに圧力と温度次第では導体になる物質がある。
圧力と温度次第で、不導体から導体に切り替わる瞬間を持続できる。
これは半導体でも導体でも不導体でもない臨界導体とでも呼ぶべき新たな性質の物体で、何かできるかも。

43: 2015/02/18(水) 12:39:14.88 ID:b3tUI7IH.net
>>5
それは、今まで東大のアホが気にしなかった物質の特性ですよ

4: 2015/02/18(水) 03:23:19.35 ID:f0VvIgSa.net
希望と絶望の相転移
量子が臨界に達したとき
結界の中はどうなるのか

8: 2015/02/18(水) 04:15:46.28 ID:pPu7PpSi.net
コンデンサやらキャパシタが無限の発電装置になるとか

9: 2015/02/18(水) 04:28:49.43 ID:+mX7m97D.net
金属でもないし、絶縁体でもない物質ができるみたいだね
どの物質でも同じ温度、気圧を加えればこの現象を確認できるとある

はたしてこの物質は、どのような性質を持つのだろうか?
量子力学的揺らぎによって、量子臨界現象なるものを再現できて、その現象は
上記のような物質を作るが、人類はまた新しい物体を作ったのだろうか?

なんかまるで同じ物質が導体と不導体との区別がつかないみたいなこと言ってるような気がするが
そういう物質は他にはどのようなものがありますか?

10: 2015/02/18(水) 04:59:53.85 ID:h3W8+AmY.net
>>1
 >粒子と波の両面を兼ね備えた電子は電荷を持つ

とありますが、電子は電荷を背負っているの?
電子を波と見たとき、電荷も波状になってるの?

教えて、エ◯くない人!

16: 2015/02/18(水) 06:39:57.17 ID:Is3mdelQ.net
>>10
電子密度波 charge density wave というのがある

物質にはたくさん電子が含まれていて電子密度の粗密がある。
熱平衡状態の平均的な凹凸もあるがこれは電子密度波とは呼ばれない。
動的に移動する凹凸を電子密度波と呼んでいる。

電子一個に関しても確率的・統計的に見るときには密度波を
考えることは出来る。

61: 2015/02/18(水) 23:49:16.10 ID:XaJoZ38R.net
>>16
CDWと電子の波動性は別の話だ

11: 2015/02/18(水) 05:24:40.43 ID:NfRJfsfm.net
つまり、イメージとしたら、
電子の電子相関が小さいとふわふわ膨らんで揺らぐ導電体、大きいとごろごろ粒子化して絶縁体だけど、
臨界点だと、どろどろ状態みたいなことかな。

で、今まで実証されなかったのを実証してみせたと。

13: 2015/02/18(水) 05:50:02.72 ID:nQgGU7HC.net
つまり形や色がグルグル変わる物質ができる
ということか~?

14: 2015/02/18(水) 05:51:36.48 ID:CnSBDwNn.net
原子炉の燃料みたいに
規則正しく並べたりすれば
臨界半導体ができるのかな

15: 2015/02/18(水) 06:28:15.46 ID:b1kAc3TG.net
みんなよくわかるなあw
とにかくけっこう凄い発見だってことはわかった

17: 2015/02/18(水) 06:40:51.39 ID:Is3mdelQ.net
電荷密度波 charge density wave だ

19: 2015/02/18(水) 06:54:48.27 ID:JAHsxSuk.net
つまり、ようやく量子電池や超伝導や
量子テレポーテーションが実現するの?

ゴメンね馬鹿で。

21: 2015/02/18(水) 07:32:12.52 ID:ZQ1HlahH.net
物性物理は素人さんお断り感が凄い

35: 2015/02/18(水) 09:44:03.78 ID:Is3mdelQ.net
>>21
RPGのやり込みのようなノリで、電磁気学と統計力学と量子力学の
演習問題をやり込む。そうするとたいていの論文に抵抗感がなくなる

23: 2015/02/18(水) 07:54:10.05 ID:CXYH4g0W.net
バランスが宇宙自然法則だから何も科学者は深く考える必要ないよ
原始仏教でも勉強したほうがいい

あるべくしてある
一瞬一瞬変化しながら
ただそれだけ
隙間は潤滑油
また潤滑油も人間主観

人間主観を無くせば真理がみえてくる

25: 2015/02/18(水) 07:59:43.17 ID:oqTBtROp.net
異なるものだったのにみな同じように絶縁体でも金属でもないような状態になるってことやろ?

29: 2015/02/18(水) 09:03:17.29 ID:mUmj7L/4.net
バテナイスの原理、解明か。

31: 2015/02/18(水) 09:21:01.82 ID:L+uCRq1a.net
ある量子現象の測定を理研に相談したらできないといわれたなあ
理論を構築した人は学会に発表する気もないので
うちで応用品を製品化しようとしたんだけど・・・

オッサンが言うには、世界中の核兵器をいながらにして無効化できるとか
原研に呼ばれて共同研究中らしいが・・・よくわからん

33: 2015/02/18(水) 09:36:55.79 ID:M0oFJnVC.net
半導体の新たな絶縁体の開発に生かせるのか?

34: 2015/02/18(水) 09:38:34.79 ID:/OhzpRWp.net
その状態を超高速で回転させると特定方向に重力が増幅される、とか無いかねぇ。

37: 2015/02/18(水) 10:31:07.20 ID:mfKAQZuc.net
これで合ってる?

絶縁体
電子の移動できる範囲が狭くて、お隣の電子とテリトリーがかぶらない。

金属
電子の移動できる範囲が広くて、お隣の電子とテリトリーがかぶる。

>>1
電子の移動できる範囲が広くなったり、狭くなったり、お隣の電子のテリトリーと
かぶったり、離れたり。

69: 2015/02/20(金) 03:11:40.27 ID:TRu4pPbE.net
>>37


モット絶縁体

(1)電子間クーロン相互作用を主な原因として生ずる

(2)バンドは途中までしか埋められていない

(3)スピン自由度など電荷以外の自由度が生き残って物理的性質を左右することが多い



バンド絶縁体

(1)電子間クーロン相互作用なしに生ずる

(2)価電子帯バンドはすべて埋められフェルミレベルは導電子バンドとの間のギャップの中にある。

(3)スピン自由度など電荷以外の自由度も励起されない

39: 2015/02/18(水) 11:13:23.73 ID:3bcwaCZe.net
温度と圧力で変わるんだったら
超高感度の温度計とか圧力計作れたりする?

42: 2015/02/18(水) 12:20:53.80 ID:lT7P3J+r.net
半導体とどう違うの?

45: 2015/02/18(水) 13:38:42.77 ID:Is3mdelQ.net
>>42
絶縁体が違うからだな。通常の絶縁体と金属の中間的状況にあるのが

47: 2015/02/18(水) 14:21:47.37 ID:Ba+UXJax.net
エンタングルはゼーガペインで覚えた、いずれマイクロSDに脳の全データをコピー出来るように出来るんだろうな
脳に出入りする微弱な電流を全て記録して出力出来れば、魂のデジタルコピー出来るのかな?関係ないけど。

50: 2015/02/18(水) 17:08:34.64 ID:IXJWQpWo.net
金属や超伝導状態が外部電界で絶縁体に変化すれば、TRとして動作する。

51: 2015/02/18(水) 19:25:53.75 ID:aFK9tn5T.net
逆流している時間の宇宙状態、
ペアの宇宙に入れるようになる技術の少し前の理論。
あと百年だ、がんばれ。

57: 2015/02/18(水) 22:58:38.52 ID:gpc6388f.net
子供のころ、モノとモノをくっつけた間のその隙間がどうなってるか知りたかったな

小学生になると、固体と液体が接触したその間がどうなってるか気になってしかたなかった

高校生になると、真空中二おかれた固体のその端っこは原子だと思った

大学生になると、空気中におかれた固体の界面はまたまたわからなくなったのだ

59: 2015/02/18(水) 23:30:12.40 ID:tYH7fcEg.net
>>57
そのまま表面界面物理の道へは進まなかったの?

60: 2015/02/18(水) 23:31:49.08 ID:/j2UMOML.net
これでようやく、相転移エンジンができんの?

64: 2015/02/19(木) 04:47:32.74 ID:FeVkzGdH.net
こういう臨界状態だと放射線と相互作用しやすいとかいう性質はないもんかね
放射線の遮蔽やエネルギー化のブレイクスルーになったりするといいんだけど

44: 2015/02/18(水) 13:13:24.68 ID:KwHZJOLh.net
モット絶縁体、モット転移、モットパワーをwww