松田巌

東京大学物性研究所

物性物理学 Condensed Matter Physics A3,A4 サブコース

相互作用する電子（原子、分子）は特有の凝縮相を形成

高温超伝導 エキゾチック超伝導 量子スピン液体 量子ホール相 トポロジカル絶縁体

クーパー対 エキシトン マグノン、オービトン ディラックフェルミオン マヨラナフェルミオン

新奇物質相は手に取った物質の中に創ることができる、視ることができる、知ることができる。

凝縮相の外場応答、相転移、極限環境下での挙動

凝縮相の微視的理解：固体物理の理論構築

Philip Warren Anderson

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Andersonphoto.jpg

デバイス機能に係る学理・基盤技術の創出から新しい動作原理の提唱へ

トランジスタの夢

1948年 シュックレー、バーディーン、

ブラッテン （ベル研究所）

電荷： - e 磁気モーメント： ±𝜇𝐵

電荷 Charge

軌道 Orbital

スピン Spin

格子 Lattice

自由度間の相互作用

多彩な物性 新しいエレクトロニクス

原子

加速度

速度 放射光

～光速の電子

軌道放射

電子

陽子

中性子

光子

放射光

陽電子 ミューオン

素粒子

量子ビーム

現代物性物理学に必須な測定プローブ

JRR-3（原子炉）

左上：JRR-3炉室実験室 右上：J-PARC MLF第2実験ホール 左下：単分子磁石の磁気励起

中性子

左上：JRR-3炉室実験室 右上：J-PARC MLF第2実験ホール 左下：単分子磁石の磁気励起

J-PARC（加速器）

高輝度放射光

高次高調波レーザー

X線自由電子レーザー

光子

波長可変、超短パルス、大強度 コヒーレンス、偏光制御

2011.06.07

NEW !

世界最大！

量子ビーム（光子）で物質を視る

光電子分光法

光子

光電子

電子分析器

試料

銀 (Ag) ニッケル (Ni)

高い電気伝導度 磁性体

固体中の価電子：最も高いエネルギー（フェルミエネルギー）の状態にある電子 その運動量空間分布：フェルミ面

I. Matsuda J. Osterwalder

シリコン (Si) 高温超伝導物質

(金属酸化物)

低温で大きな電気抵抗 低温で抵抗ゼロ

I. Matsuda A. Fujimori

kx

ky

(Å-1)

(Å-1

)

Kinetic Energy

閉じ込められた電子: 低次元電子系

E= ℏ2

2 𝑚∗ (𝑘2 + 𝑘2 ) x y

Ag ナノ薄膜

I. Matsuda

フェルミ面

グラフェン (graphene): Super-material

格子が生む奇妙な電子

ハニカム格子上のディラック電子

E = ± c ｜p ｜ “massless” Dirac Fermion

I. Matsuda

スピン軌道相互作用が生む不思議な電子

Moore, Husan & Kane I. Matsuda

トポロジカル絶縁体 Z2 トポロジーで決まる電子状態

トポロジカル絶縁界面に2次元ディラックフェルミオン

スピン流

http://www.google.co.jp/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=69LiVi5xkb23SM&tbnid=EaNE6wRlp6f3iM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.nature.com/nchem/journal/v3/n11/fig_tab/nchem.1171_F1.html&ei=oCWJU6yyLZL28QW45oDwBg&bvm=bv.67720277,d.dGc&psig=AFQjCNEUpT39hK9yT4hBwDCDu-L2OrcYhg&ust=1401583146817579http://www.google.co.jp/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=EJGuGV73fbmcxM&tbnid=ava9Y8mPZkl5UM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.stanford.edu/group/fisher/research/TI.html&ei=xyWJU9KTLoaE8gXkzIDgDg&bvm=bv.67720277,d.dGc&psig=AFQjCNEUpT39hK9yT4hBwDCDu-L2OrcYhg&ust=1401583146817579

スピン軌道相互作用が生む奇妙な電子

マヨラナフェルミオン 粒子と反粒子が同一の中性フェルミ粒子

トポロジカル超伝導体の界面

Ettore Majorana http://arstechnica.com/

普遍数理構造

素粒子物理 固体物理

ディラック場、マヨラナ場、トポロジカル量

http://www.google.co.jp/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=7zhpy5iE8gftcM&tbnid=MZHVpv6NkO6LVM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.nature.com/news/a-solid-case-for-majorana-fermions-1.10174&ei=kyeJU53cGc_f8AWSy4H4AQ&bvm=bv.67720277,d.dGc&psig=AFQjCNHpw-aMkOUUMfwC3QKq9pws02K0PA&ust=1401583877483455

相関して奇妙に振る舞う電子

La2CuO4

モット絶縁体

クーロン反発力によって電子が局在する。

Cu2+: (3d)9

La

Oサイト Cuサイト

反強磁性状態

クーロン反発＋パウリ原理

スピン 1/2

銅酸化物

Oサイト Cuサイト

ホールをドープ La3+ Sr2+

高温超伝導の発生

相関して奇妙に振る舞う電子

La2CuO4

La

銅酸化物

クーパー対の生成

相関して奇妙に振る舞う電子

量子ビームで視る超伝導ギャップ

A. Fujimori

A3 上田正仁 小形正男 押川正毅 桂法称 加藤雄介 加藤岳生 川島直輝 国場敦夫 清水 明 杉野修 常次宏一 常行真司 藤堂眞治 羽田野直道 宮下精二 村尾美緒

A4 家 泰弘 上床美也 岡本 徹 勝本信吾 金道浩一 小森文夫 榊原俊郎 島野亮 高木英典 瀧川 仁 徳永将史 長谷川修司 福山 寛 藤森 淳 松田巌 溝川貴司 山室修 和達大樹

A3, A4 サブコース 物性物理学

理論 先端計測 凝集相の 探索、合成

JPARC,JRR-3 SPring-8, SACLA

物性研究所