研究紹介

本研究室では、高温超伝導に体表されるような、物質中の多数の電子が量子多体効果により示す様々な物質の量子相"QuantumPhases of Matter"を、最先端の低温物性実験技術を駆使して研究しています。このような量子相では、電子の持つ内部自由度であるスピンや電荷、軌道自由度が如実に顔を出すため、それらを利用した次世代機能物質の開発が期待されています。 本研究室では、例えば、長年未解決である高温超伝導の発現機構、その解明にヒントを与えるのではないかと期待される量子臨界点やBCS-BECクロスオーバーの物理(図1)、近年新しい概念として認識されつつある量子液晶・量子ガラスの物理(図2)、理論的研究が先行して実験的な検証が求められている量子スピン液体やトポロジカル超伝導状態などの多彩な現象を扱っています。 実際の実験では、自分たちで装置を設計し(図3)、測定プログラムを組み、解析方法を考えるなど、ルーチンワークではない研究を行いますので、研究を通して物理学の理解を深められるとともに、色んな測定に関する技術を身に着けることができます。

芝内・橋本研究室 研究紹介

 

BCS-BECクロスオーバーの概念図

芝内・橋本研究室 研究紹介

 

電子液晶状態の概念図

芝内・橋本研究室 研究紹介

 

長時間緩和法による精密比熱測定(上図)とルチル空洞共振器によるマイクロ波測定(下図)

メッセージ

人の役に立ちたいと思って物理に向かった。アイディアが浮かんだ時に、それが正しいのか実験して確かめられるチャンスがすぐそこにあります。

卒業研究で高温超伝導の研究を始めて、金属超伝導を説明するBCS理論が物理学で最も美しい理論の一つであることを知り、また物理学の様々な分野にも影響を及ぼしていることに感動しました。高温超伝導は、このBCS理論でも説明できない不思議な現象で、どんどん研究の魅力にはまっていきました。物質中にはたくさんの電子がありますが、一つ一つの電子の性質が完全にわかっていたとしても、それがたくさん集まると、全く予想できない性質を示すことがあります。 ノーベル賞物理学者のP. W. Andersonはこのことを"More is different"(多くなると何かが変わる)という短い言葉に込めました。特に、電子の量子性が重要になるような場合には、通常の電子論では全く説明できない現象が現れます。高温超伝導はこの一例であり、その発現機構解明は物理学者の大きな夢です。この不思議な性質を理解し、制御できれば、様々な新しい機能を創り出すことも可能となるでしょう。

物質系専攻を志す学生へ

ふとアイディアがひらめいた時、それを実験して検証する。これがサイエンスの醍醐味ですが、物性物理学では多彩な現象を扱うので、研究を始めたばかりでもそんな醍醐味が味わえる機会があります。オリジナルな発想を大切に、自由な雰囲気で研究を楽しんでください。

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