京大ら,モット絶縁体を「溶かす」新手法を発見

京都大学,独マックスプランク研究所,大阪大学,久留米工業大学らの研究グループは,ルテニウム酸化物のモット絶縁体に元素置換や高圧より簡便な方法として電流を流すことで,磁場をはねのける巨大反磁性が現れることを発見した(ニュースリリース)。

現代社会を支える電子技術は,半導体や金属(導電体)中の伝導電子をコントロールすることが基本となっている。これらに対し,伝導電子が凍った状態に例えられるモット絶縁体は,将来的な電子技術の材料の一つとして期待されている。

モット絶縁体の互いに身動きが取れず凍った電子を,その絶縁体の一部の元素の入れ替えや高圧環境に置くことで「溶かす」と,電子同士の結びつきの強い「強相関金属」となり,高温超伝導や超巨大磁気抵抗といった新しい性質が生まれる。

研究グループは,典型的なモット絶縁体であるルテニウム酸化物Ca2RuO4の単結晶に電流を流し,電気抵抗と磁性を測定した。その結果,電流の増加に伴いモット絶縁体の凍った電子がまさに溶け始める状態を作ることができるだけでなく,非常に大きな反磁性という性質が現れることがわかった。

反磁性とは,外からかけた磁場をはねのける性質のことで,超伝導体や,グラファイト,ビスマスなどで大きな反磁性が知られている。今回の最も大きな発見は,電流を流すだけでモット絶縁体の電気的・磁気的性質を大きく変化させることができた点。また,超伝導体以外ではこれまでで最大の反磁性を創り出すことにも成功したとしている。

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