物質中の新しい電子状態の追求

みなさんは電子が示す性質についてどれくらい知っているでしょうか？それを一つの粒子として見たとき、負の電荷をもつ素粒子であり、原子の構成要素の一つです。その性質を正しく理解するためには量子力学が必要、ということを聞いたことがあるかもしれません。では、固体の物質が形成されたとき、その中にある電子の集合体にはどのような性質が現れるでしょうか？もちろん、それは物質の種類に大きく依存します。金属では電流として電荷を運ぶことも出来ますし、磁石では強い引力や斥力を引き起こす源になります。物質によって電子の置かれている状況は異なり、もはや一つの粒子としての性質を超えた多彩な性質が出現します。それらを理解するためには、やはり量子力学などの先端的な学問が必要になります。

私たちは物質中の電子が示す多彩な性質にどのような可能性があるかを追求しています。そのために物質を通常とは異なる環境中（低温、高圧など）に置くこともあります。電子状態の多様性を示すために、図にCrAs（クロムヒ素）という物質に対する例を示します。CrAsは古くから知られた磁性体でしたが、我々のグループの研究から圧力によって物質を圧縮した状態で約2K（ケルビン）という低温にすると超伝導を示すことが明らかになりました。超伝導というのは低温で2つの電子がペアを作る状態のことで、電気抵抗がゼロになります。磁気的な性質と超伝導は全く異なる性質ですが、一つの物質の中で同じ電子が両者を引き起こしています。

世の中には数えきれないくらいの物質が存在していますし、物質それぞれに電子の状態は異なります。その中には予期せぬ現象がまだまだ眠っているはずです。みなさんも物理学科で電子が持つ奥深い世界を楽しんでみませんか？

CrAs の磁気的状態。Crの磁気モーメント（小さな磁石）が様々な方向を向く。

圧力下の電気抵抗率。約1 万気圧以上の環境下で超伝導（ゼロ抵抗）が現れる。