JAEA、まだら模様に凍る重元素化合物YbRh2Si2の低温での電子状態を明らかに

日本原子力研究開発機構(JAEA)は9月22日、重元素化合物「YbRh₂Si₂」の低温での特異な電子状態を明らかにしたと発表した。

同成果は、JAEA 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター 重元素系固体物理研究グループの神戸振作グループリーダーらによるもの。フランス原子力庁 グルノーブル研究所(CEA-Grenoble)と共同で行われた。詳細は、英国科学誌「Nature Physics」のオンライン版に掲載された。

水を冷やすと凍って氷になるように、低温で物質内の電子は、凍って色々な状態をとる。特定の物質が低温に冷やされた時に起こる超伝導現象もその一例である。今回の研究では、重元素と呼ばれる元素のうち、イッテルビウム(Yb)化合物の1つであるYbRh₂Si₂に注目し、核磁気共鳴法を用いて電子状態を観測した結果、低温で低磁場の環境下においては、水と氷が共存するように、2つの異なった電子状態が、まだら模様になって共存することが見出された。さらに、磁場を高くすると、水と共存していた氷が溶けるように、まだら模様から均一した電子状態に変わることも分かったという。

これらは、今までに観測されたことのない新しい現象であり、重元素を含む化合物の物性研究において、磁場による電子制御の新たな展開が期待され、磁場による電子回路の開閉など、重元素が有する幅広い電子機能性の解明や新しい原子力材料開発につながり、将来の原子力科学の発展に寄与することが期待されるとコメントしている。

(左)高純度YbRh2Si2単結晶、(右)核磁気共鳴(NMR)法測定装置	電子状態のイメージ図。磁場の大きさによって状態が変化