東大、近藤状態によって散乱される電子波の位相のずれを観察

東京大学は9月22日、独自に開発した2経路干渉計を用いて、近藤状態によって散乱される電子の波動関数の位相が90度ずれる様子を捉えたと発表した。

同成果は、同大大学院 工学系研究科 物理工学専攻の樽茶清悟教授、山本倫久講師、高田真太郎大学院生(当時)らによるもの。理化学研究所、フランス・Neel研究所、Ludwig-Maximilians大学、ドイツ・Bochum Ruhr大学のグループと共同で行われた。詳細は、「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載された。

1964年に近藤淳によって初めて理論提唱された近藤効果は、電子スピンが関与する多電子の相互作用効果の中で最も代表的なものとして知られている。近藤効果は、局在スピンとそれを取り囲む多数の伝導電子との間の相互作用によって生じ、局在スピンの磁気が伝導電子との結合によって打ち消される現象(遮蔽)である。近藤状態の電気的な性質は、近藤状態に入射する電子がどう散乱されるかで説明される。局在スピンの遮蔽過程では散乱される電子のスピンは保たれるが、散乱される電子の波動関数の位相が90度ずれることが約40年前に予言された。しかし、その検証実験は技術的に難しく、現在に至るまで成功に至っていない。

研究グループは、独自に開発した2経路干渉計に量子ドットを埋め込んで、この位相の90度のずれを実験的に確認した。その結果の明瞭さと重要さから、同成果は固体の電子物性分野の歴史的業績の1つに位置づけられるという。また、今回の成功の鍵となった2経路干渉計は、電子の散乱位相を高精度で検出できるものである。この干渉計の有用さが改めて実証された。さらに、同干渉計は、波動関数の位相を情報のリソースとする電子デバイスとなり得ることから、干渉を原理とする量子情報デバイスへの応用も期待されるとコメントしている。