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絶縁体

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1: 2015/03/17(火) 00:21:24.46 ID:???.net
掲載日:2015年3月16日
http://news.mynavi.jp/news/2015/03/16/044/

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 東北大学と大阪大学の研究グループは、従来の物質とは全く異なる新しい状態をもつトポロジカル絶縁体と普通の金属を接合させることによって、普通の金属にトポロジカルな性質を付与する「トポロジカル近接効果」という新しい現象を発見し、質量のない高速のディラック電子をトポロジカル絶縁体の外に取り出すことに成功したと発表した。

 同研究グループは、東北大学大学院理学研究科の佐藤宇史准教授、同原子分子材料科学高等研究機構の高橋隆教授、大阪大学産業科学研究所の小口多美夫教授、および同研究所の安藤陽一教授らが参加。同成果は、次世代省エネルギー電子機器を支えるスピントロ二クス材料技術とその産業化に大きく貢献することが期待される。

 今回の開発で、東北大学と大阪大学の共同研究グループは、2010年に同グループが発見したTlBiSe2(Tl:タリウム、Bi:ビスマス、Se:セレン)というトポロジカル絶縁体の上に、2原子層のBi超薄膜を接合し、スピン分解光電子分光という手法を用いて、ディラック錐とBi超薄膜のエネルギー状態を高精度で調べた。その結果、Bi超薄膜によってディラック錐のエネルギー状態が劇的な影響を受け、もともとトポロジカル絶縁体の表面に局在していたディラック電子がBi側に移動する「トポロジカル近接効果」が起こっていることを初めて突き止めました。

続きはソースで

<参照>
普通の金属にトポロジカルな性質を付与することに成功 | AIMR
http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/news/press/2015/20150313_000544.html

Topological proximity effect in a topological insulator hybrid : Nature Communications : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/ncomms/2015/150312/ncomms7547/full/ncomms7547.html

引用元: 【材料物性】東北大など、普通の金属にトポロジカルな性質を付与することに成功

東北大など、普通の金属にトポロジカルな性質を付与することに成功の続きを読む

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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/

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 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

金属と絶縁体の狭間に量子臨界現象発見 - 東大などの続きを読む

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1: 2015/01/11(日) 19:55:55.79 ID:???.net
2015年1月9日ニュース「光からスピン流を生成する新原理発見」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2015/01/20150109_01.html

東北大学 プレスリリース
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2015/01/press20150107-01.html
日本原子力研究開発機構 プレスリリース
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p15010803/
科学技術振興機構 プレスリリース
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150108/


特定の金属微粒子を含む絶縁体の磁石に可視光を照射して、スピン(磁気)の流れを生成できる新しい原理を、東北大学金属材料研究所の内田健一(うちだ けんいち)准教授らが実証した。次世代のスピントロニクスや分散型発電、省エネ技術の基盤となる発見として期待される。東北大学の齊藤英治(さいとう えいじ)教授と日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの前川禎通(まえかわ さだみち)センター長、安立裕人(あだち ひろと)副主任研究員らとの共同研究で、1月8日付の英オンライン科学誌ネイチャーコミュニケーションズに発表した。

持続可能な社会に向けた環境、エネルギー問題への取り組みの中で、身近に存在する光、熱、振動、電磁波などをエネルギー源として利用するような、新しいエネルギー変換原理の創出が待望されている。クリーンで信頼性の高いエネルギー変換技術の候補として太陽電池や熱電素子、圧電素子などを用いた発電技術が盛んに研究されている。

研究グループは、金属微粒子への光照射で誘起される「表面プラズモン」と呼ばれる電子の集団運動を磁石の中で励起することで、絶縁体磁石に埋め込んだ金微粒子近傍に強力な電磁場を発生させ、この電磁場でスピンの運動を効果的に駆動させた。こうして、絶縁体で光のエネルギーのスピン流への変換に世界で初めて成功した。スピン流を電流に変換する技術は確立しており、光から電流を生成する新しい変換原理が創出されたことになる。

今回の実験では、絶縁体である磁性ガーネット(BiY2Fe5O12)薄膜の表面に白金(Pt)薄膜を接合した素子を使った。この素子は、磁性ガーネット層にナノ(ナノは10億分の1)メートルサイズの金(Au)微粒子を埋め込んだ構造となっている。これに分光した可視領域の単色光を照射しながら、白金層に発生する電気信号の精密測定を行った。

続きはソースで

画像
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/150109_img1_w500.jpg
図. 表面プラズモンを用いた光-スピン変換。
(a)実験に用いた素子の模式図。可視光を照射すると、金微粒子中に励起された表面プラズモンを介して光とスピンが相互作用し、磁性ガーネットと白金の界面近傍にスピン流が生成される。このスピン流を起電力に変換して、電気信号として観測した。
(b)走査型電子顕微鏡で撮影した金微粒子。直径100nm(ナノメートル)以下の金微粒子が光アンテナとして作用する。
(c)金微粒子近傍の電磁場分布のシミュレーション結果。可視光域の波長690nm近傍の光を照射すると、表面プラズモン共鳴が生じるため、金微粒子の周りに局在した強力な電磁場が発生し(左図)、スピンの運動が励起される。表面プラズモン共鳴条件を満たさない波長500nmの光を照射した場合
には、電磁場の増強効果は起こらない(右図)。
(提供:東北大学)

引用元: 【電磁気学/エネルギー技術】光からスピン流を生成する新原理発見

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1: 2014/12/16(火) 22:02:21.23 ID:???.net
2014年12月15日ニュース「熱流が磁場で変わる現象を理論で解明」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141215_03.html

日本原子力研究開発機構 プレスリリース
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/02.html
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p14121201/03.html


磁場を利用して熱の流れを制御できる可能性を示す新理論が誕生した。絶縁体を流れる熱流が磁場によって向きを変える特異な現象を、日本原子力研究開発機構・先端基礎研究センターの前川禎通(まえかわ さだみち)センター長、森道康(もり みちやす)グループリーダーらが理論的に初めて解明した。この現象が、非磁性絶縁体にごくわずかに含まれる磁気を持った磁性イオンによる原子の振動の散乱であることを突き止めた。

2つの磁石の双極子が互い違いに並んだ状態の四重極モーメントと原子の振動の相互作用を用いて熱伝導度の計算をした結果で、熱電素子の性能向上や熱の効率的利用に道を開く理論として注目される。オーストラリアのニューサウスウェールズ大学のオレグ・スシュコフ教授、シドニー大学大学院生のアレックス・スペンサースミスさんとの共同研究で、12月15日付の米物理学会誌フィジカル・レビュー・レターズのオンライン版に発表した。

水や電気の流れは、水路や電気回路で制御でき、その機能を発揮する。しかし、熱の流れは、温度の高いところから低いところへ拡散していき、コントロールが非常に難しい。電気を通さずに磁気を持たない非磁性絶縁体のTb3Ga5O12(テルビウムガリウムガーネット)に温度勾配を与えて、その垂直方向に磁場を加えると、双方に対して垂直方向に熱が流れる。これは、熱流が磁場で向きを変えることを意味しており、「熱ホール効果」と呼ばれている。フランスのグループが2005年に発見したが、なぜ起きるかは謎だった。

研究グループは四重極モーメントの特殊な電子状態に注目した。Tb3+イオンの四重極モーメントと原子の振動の相互作用から熱伝導度の計算をした。Tb3+イオンの電子の向きが互い違いに均衡している四重極モーメントの状態に対して、磁場を加えると、均衡がわずかに崩れて、原子の振動の伝播である熱の流れの向きが変わることを示した。

続きはソースで


http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/141215_img2_w500.jpg
図1. 熱流が磁場で曲げられるイメージ図

http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/141215_img3_w500.jpg
図2. 磁場によって出ていく熱流の均衡が崩れる様子。左図は、入ってきた熱流が、左右均等に出ていく様子。右図は、磁場がかかったため、
磁性イオンの状態が変化して、右側に出ていく熱流が増加し、左側に出ていく熱量は減少した様子を表す。
(いずれも提供:日本原子力研究開発機構)

引用元: 【物性物理学】磁場の付加により熱流の方向が変化する現象(熱ホール効果)を理論的に解明

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1: 2014/09/17(水) 06:56:55.99 ID:???0.net BE:348439423-PLT(13557)
理化学研究所の付英双(フ・インシュアン)国際特別研究員らによる研究グループは、トポロジカル絶縁体の表面に形成されるディラク電子の空間分布測定に成功した。

物質内部は絶縁体で表面は金属状態である物質をトポロジカル絶縁体と呼ぶ。
その表面には質量を持たない電子「ディラク電子」が存在し、スピントロニクス材料として研究が進められている。

*+*+ 財経新聞 +*+*
http://www.zaikei.co.jp/article/20140916/213969.html

引用元: 【社会】理研、質量のないディラク電子の空間分布を測定…スピントロニクス材料として研究が進む

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~~引用ここから~~

1: 2014/07/09(水) 08:07:19.42 ID:???.net

室温で超電導実現の可能性 長崎総合科学大が理論計算

2014/7/7 23:34
日本経済新聞 電子版

 長崎総合科学大学の加藤貴准教授らは、電気抵抗がゼロになる超電導が室温でも生じる可能性があることを理論計算で求めた。現在は極めて低い温度でしか起こらない。計算では、電気が全く流れない「絶縁体」から不純物や欠陥を完全に取り除けば、電子が最も流れやすい超電導になるという。ダイヤモンドなど数種類の物質で実現の可能性があるとみている。

 超電導材料の開発では従来…

(以降は有料記事)
続きはソースで

ソース:日本経済新聞電子版 (2014/7/7)
室温で超電導実現の可能性 長崎総合科学大が理論計算
http://www.nikkei.com/article/DGXNASGG0401K_X00C14A7TJM000/

原論文:Advanced Materials Research
Takashi Kato.
The Formation of Cooper Pairs and their Role in Nondissipative Diamagnetic Currents in the
Micro- and Macro-Scopic Sized Graphene Materials; Towards High-Temperature Superconductivity.
http://www.scientific.net/AMR.918.36


スレッド作成依頼をいただきました
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1403379058/64
~~引用ここまで~~



引用元: 【材料科学】室温で超伝導の可能性 芳香族やグラファイト粒子の超伝導を説明する理論構築


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