研究課題別中間評価結果

１．研究課題名

低次元異常金属の開発

２．研究代表者名

佐藤　正俊　（名古屋大学　大学院理学研究科　教授）

３．研究概要

　遷移金属元素あるいは希土類元素を構成要素にもつ低次元性物質には、電子間に強い相互作用(強相関)が働いているものが多く、この相互作用に基づいて特異な電子伝導や磁性を示す(低次元異常金属)。銅酸化物高温超伝導体はその例である。これら低次元性物質群に関する物性研究は魅力に富む未開拓分野であり、実験的・理論的に究明してその電子物性現象の本質を把握することは学問上および実用上極めて重要である。本研究ではこのような物質を多数合成してその物性を調べ、新しい物性と機能を世に送り出すことを目指す。斯かる物質・材料を豊富に提供することによって「異常金属物性」という基礎・応用両面にわたる分野が開拓される。

４．中間評価結果

４−１．研究の進捗状況と今後の見込み

　本研究では遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、酸素、硫黄、塩素、有機分子のうちの幾つかを構成要素に持つ種々の低次元性物質を創製し、その種類は20近くに及ぶ。それらについて伝導特性、熱特性、磁気特性、比熱の測定の他、中性子散乱、核磁気共鳴、STM/STS、マグノン・ラマン散乱等の種々の測定を行ない、低次元性遷移金属酸化物系の電子物性に関する豊富な知見が得られている。当初からの方針は、多種の低次元物質の創製およびその単結晶育成を図り、様々な実験を行なって物性に関するデータを収集し、それら実験的結果と理論的裏付けと相俟って低次元性強相関物質の電子物性を理解することにある。その方針に沿って研究は順調に進展しており、今後も同様に進めて行く。当研究チームは代表者の統率の下に、優れた研究メンバー多数が各種実験および理論計算を効率的に行なって成果を挙げている。

４−２．研究成果の現状と今後の見込み

　低次元物質を多数開発し、それらの物性に関する種々の実験結果を基盤にして異常物性の発現機構に関する統合的な理解を進めている。中でも銅酸化物系の高温超伝導物質に重点を置き、スピン擬ギャップ現象を中心に据えてその異常物性と超伝導の起源に関する統一的な描像を得ることができた。横軸に正孔濃度、縦軸に温度を取った相図を描いてその中に異常金属相、反強磁性相、超伝導相が出現する領域を示した。この相図の妥当性は理論計算によって確かめられた。

　低次元遷移金属酸化物に関する研究グループは国内外に多数あるが、それらと比較した場合の当研究チームの特色として、多数の新物質を創製して系統的な実験を精力的に行なっており、それを基盤にして銅酸化物系物質の超伝導発生機構を始めとする低次元物質の異常物性発現に対する理解は幅広く深い。一例として、銅酸化物系物質の内部には"電荷ストライプ"と呼ばれる縞状の電荷密度分布が観察され、これが超伝導発生に本質的な重要度を持つとの主張や推測が学界にあるが、当研究チームは実験的根拠をもってそれを明確に否定している。これも銅酸化物に類した物質系を広く探索していることによって始めて可能であり、広い探索は研究上の新しい視野を与える。

　今後も新物質の創製を続け実験を行なって重要なデータを更に得、遷移金属酸化物系物質の超伝導を始めとする低次元金属の異常物性の探究を進めて行く。

４−３．総合的評価

　当研究チームの特徴は、低次元遷移金属酸化物系物質群の物性物理を広く実りある学問分野に発展させる為に、多数の新物質の創製と種々の物性測定によるデータの蓄積と、それに並行して電子物性理論の充実を極めて精力的に推し進めていることにある。21世紀の科学技術の芽生えに備えて着実な基盤作りを行なっている観がある。有用な新奇物質の発見および展開が当研究チームによってなされるか否かは偶然性に左右されるが、その様なことがなくても、新分野の開拓と基礎構築に果たす貢献は将来とも高く評価されよう。