ぶひんブログ

【イントロ】 世の中にはいろいろな研究があります。 その中で、 物性研究 とは、物質の持つ物理的な性質、例えば、機械的性質（力学的性質）、熱的性質、電気的性質、磁気的性質（磁性）、光学的性質（光物性）を研究することを指します。 この中で、もっとも研究者が多いのはどの分野でしょうか？ 物質の研究をするとき、最初にすることはなんですか？ 電気抵抗率を測る？磁化率を測る？熱伝導率を測る？ 違いますね？ まず最初に行っている実験は、物質を「見る」、つまり物質に入射した光が物質表面で反射する電荷応答を観測することです。 つまり、人類は皆、光物性の研究者なのです！！！ そこで、本記事では物質の中でも電子同士の相関が重要となる高温超伝導体の電荷応答について解説された最新の教科書、 田島節子 著 高温超伝導体の電荷応答 強い電子相互作用がもたらすエキゾチックな物性 の感想について記したいと思います。 J( 'ｰ`)し ※特に意味はないです 【概略】 まずこの本は目的は以下のようにまえがきに記されています。 エキゾチックな超伝導体の物性について、電荷応答の観点から解説することを目的としている。さらに、これらの例を学ぶことで、より一般的な他の類似現象についての理解も深めてもらうことが、究極の目的である。 つまり、この本ではエキゾチックな超伝導体、つまり銅酸化物超伝導体や鉄系化合物超伝導体の電荷応答を題材に、光物性の基礎知識および最先端の研究テーマを学ぶことができるということです。 最高ですね。一粒で二度美味しい。 お値段4200円＋税込みですが、実質2100円ともいえるお得さです。 また、本書対象者は、以下のように記されています。 大学の学部4年生から大学院修士課程の学生の知識レベルを想定して書かれている。電磁気学、量子力学、統計力学、そして簡単な物性物理の知識があることが望ましい。 エキゾチックな超伝導体や強相関電子系の光物性に興味をもつ学生、研究者は、自宅・研究室に1冊は置いておきたい教科書です。 実質半額であることを考えると、自宅と研究室用に2冊買ってもいいかもですね。 以下では、この本を読んで良いと思ったところ、コレがあればもっと良かった思ったところを記したいと思います。個人の感想なので許してください。 【良かったところ】 １，赤外分光法やラマン分光法の基本...

 【イントロ 】 学生「博士、博士～。最近の凝縮物性系の研究で面白い話題無いですか～」 博士「それはもちろん、 窒素ドープ水素化ルテチウムにおけるほぼ常圧室温超伝導の発見 じゃな」 学生「はっ？天の神々が地上に与え給うた至高の物質たる窒素ドープ水素化ルテチウムが衆目を集めることは当然のことであり、わざわざ話題に上げることではないです。それは神の存在を疑うような、最も下劣で不遜な行為です。もっと他にないですか？」 博士「思想が強いのう。。。そうじゃな、それでは「 トポロジカルカゴメ金属超伝導体RV3Sb5に見られる自発的回転対称性の破れと時間反転対称性の破れが、サンプルに加わる歪由来なのではないか？ 」という研究はどうじゃ？」 学生「え？トポカゴメ金属が電子液晶で時間反転対称性の破れを示すっていうのは自明の事実だったんじゃないですか！？わたし、気になります！」 博士「ふむ、それでは2023年上半期最注目の論文、独マックス・プランク研究所のC. Guoらによる " Correlated order at the tipping point in the kagome metal CsV3Sb5” ,  arXiv:2304.00972   を読んでみるかのぅ」 【総論】 博士「まず、トポカゴメ金属超伝導体、RV3Sb5について説明じゃ」 学生「 人類みな知ってる んじゃないですか？」 博士「どこの人類じゃ？RV3Sb5はカゴメ格子状の結晶構造をもつ物質で、Rにはアルカリ金属であるCs, K, Rbが入るんじゃ。そしてこの物質は100K付近で電荷密度波、CDW状態に相転移し、更に低温の数Kで超伝導状態になるんじゃ。更に面白いことに、この物質ではCDW転移と超伝導転移の間に謎の現象が起きるんじゃ。具体的には時間反転対称性の破れや回転対称性の破れ、いわゆる電子ネマティック状態を示す特徴的な温度T*が20－50Kに存在することが示唆されておるのじゃ。」 学生「そんなの幼稚園で習うことですよ」 博士「ワインバーグ幼稚園出身者はすごいのぉ・・・」 学生「そこまでわかっていて他にやることあるんですか？」 博士「問題なのは、このT*で起きてる現象に論争があることじゃ。このT*で時間反転対称性の破れが報告されておるが、逆に起きていないと主張する論文も存在するん...

 【イントロ】 　室温で電気が散逸なく流れる超伝導の実現は、様々な産業の形態を変えてしまう可能性のある夢のある技術です。その実現の舞台として古くから 高圧下の金属水素 が着目されていました。2015年にドイツのEremetsらのグループが 硫化水素の高圧下高温超伝導 を発見して以降、水素化物に注目が集まっていました。 　そんな中、人類最初の室温での超伝導状態の実現として、R. Dias等による C-S-H系高圧超伝導論文 がNatureに掲載されセンセーショナルなニュースとなりました。しかし、Eremetsらのグループ含め、 Diasらのグループ 以外での追試は尽く失敗し再現性の観点から疑問が抱かれていました。加えて、アメリカの物理学者、 J. E. Hirsch らはNatureに掲載されたデータ、特に磁化率のバックグラウンド信号除去の取扱に 疑義があると批判 を続けていました。その中で、Hirschの 批判論文が撤回 されたり、Diasたちの 関連PRL論文が撤回 されたりと論争は激しさを増していました。 　これら批判に答える形で、2022年9月、 Natureは当該論文の撤回を決定 しました。この撤回に対して、「磁化率の生データでも十分超伝導の証拠になっている」「超伝導のもう一つの証拠たるゼロ抵抗は否定されていない」とDiasら著者たちは同意していませんが、データの不透明な取り扱い自体がデータの信憑性を疑わせるということでNature編集部の権限で撤回が決定されたようです。(追記： Natureの関連ニュース ） 　 この論争はScience誌でも 「‘Something is seriously wrong’: Room-temperature superconductivity study retracted」 として、早速特集記事が組まれています。 撤回に同意していない著者たちは、生データを含んだ形で当該論文をNatureに再投稿を検討しているそうです。さらには、未発表の発見も含めた 室温超伝導体を利用したビジネス を行おうとしています。一方で、J. E. Hirschは引き続き論文そのものが偽りなのではないかと疑っており批判を続ける意思のようです。Scienceの記事にある Eremetsの「Diasたちの新たな室温超伝導の発見をどう...

  【イントロ】 人生に失敗はつきものですよね。 大切なのはそこから学びを得て、次につなげていくこと。 同じところをぐるぐる回っているだけじゃだめってことです。 逆に、成功したものの裏側には大きな失敗があったのではないかと興味が湧いてきます。 ということで、本記事では成功した理論の代名詞、BCS理論の裏側に存在した失敗した理論(Miss Superconductivity Theory, ミスコン)を紹介していきたいと思います。 【手法】 　BCS理論50周年の記念論文誌、「 Bardeen Cooper and Schrieffer: 50 YEAR 」にJoerg Schmalianが投稿した論文「 Failed theories of superconductivity 」( arxiv )にもとづき、その内容を紹介する形で作成しました。 なので、本記事でご興味を持った方は詳細な内容を当該論文でご確認ください。 【内容】 　超伝導現象は、1911年にオランダのHeike Kamerlingh Onnesが発見した現象で、極低温の超伝導転移温度(Tc)以下で電気抵抗の値が突然ゼロになる現象です。この現象の理論的解明にはおよそ50年の月日を要し、最終的にBardeen、Cooper、Schriefferの3名の研究者に依る理論、いわゆるBCS理論により解決に至りました。 　超伝導現象を説明するBCS理論の骨子は電子格子相互作用による電子対の形成です。この理論は、物質中の格子振動、フォノンを介して2つの電子の間に引力相互作用が働きクーパー対と呼ばれる電子対を形成し、そのクーパー対がボーズ・アインシュタイン凝縮のような量子凝縮を起こすことが超伝導現象の本質であることを説明します。 　研究者たちがBCS理論に行き着くまでには多くの理論家による超伝導理論に対する挑戦がありました。以下ではそれらの理論を紹介していきます。 【Einsteinの挑戦】 　1922年に開催されたOnnesの教授就任40周年記念会において、A. Einsteinは超伝導理論の難しさについて講演しました。当時のEinsteinは、ある種の1次元ソリトンが生じる「Molecular conduction chain」が超伝導の起源で...

【イントロ】 人生ほんと辛い。 助けてほしい。 なので、すべてを解決する万能の力[1]が欲しいって思ったことありませんか？ 実はあります。 そう、それが量子コンピュータです。 　本記事では、近年話題になっているMicrosoft社によるトポロジカル量子コンピュータ実現に向けた固体中のマヨラナ粒子発見論争についてまとめてみました。 各種論文や記事をまとめた内容になっていますので、自分の備忘録でもあります。 【背景】 　現在世界中で量子コンピュータの研究が盛んに行われています[2]。超伝導方式[3]やイオントラップ方式[4]、光方式[5]など様々な方法が提案されていますが、まだ実用的なデバイスは誕生していません。その理由の一つが、量子コンピュータがノイズに弱く誤り訂正の技術が確立されていないためです[6]。 量子コンピュータの進展[3] 　誤り耐性を持つ量子コンピュータの方式として注目されているのが、Kitaevが提案したボソンでもフェルミオンでもないエニオンと呼ばれる非アーベル統計に従う準粒子を利用したトポロジカル量子コンピュータです[7]。この方式において、局所的な擾乱によるエラーはそのトポロジカルな性質によって抑制されるため、誤り耐性をもった量子コンピュータが構築できることが期待されています[8]。 　エニオンの代表的な例が、粒子と反粒子が同一の粒子であるマヨラナ粒子であり、その発見と制御がトポロジカル量子コンピュータ実現への第一歩となります[9]。マヨラナ粒子は、素粒子分野ではニュートリノが該当する可能性があり研究が進められています[10]。一方で、固体中の素励起、マヨラナ励起として実現する可能性があり注目されています[11]。実際、２０００年前後の２０年間で、「Majorana」（マヨラナ）を含む凝縮物性（Condensed Matter）分野の論文が１０倍以上に増加しているという調査もあり、現在もホットなトピックとなっています[12]。具体的には鉄系超伝導体[13]や量子スピン液体[14]などでその創発が報告されていますが、デバイスへの応用が近いと考えられているのが超伝導体-半導体ナノワイヤヘテロ構造です[15]。 　超伝導体-半導体ナノワイヤヘテロ構造は、超伝導体に半導体ナノワイヤが接合された構造でありマヨラナ粒子(励起)が...

 【イントロ】 最近は本当に暑いですね… まだ7月が始まったばかりなのに40℃に達している地域もあります。 こう暑いとクーラー全開で部屋を冷やすしかありません。 そして、部屋を冷やすと何が起こるか？ そう、 超伝導 です。 この記事では、２０２２年上半期で一番おもしろかった論文、 ” Continuously Doping Bi2Sr2CaCu2O8+δ into Electron-Doped Superconductor by CaH2 Annealing Method ”、 Chin. Phys. Lett. 39 077403 (2022) ( arXiv:2206.11712 ) について紹介します。 ※2022年1月-6月でブログで紹介した論文は1187本でした。 【背景】 低温で起きる現象として有名な超伝導ですが、液体窒素温度以上でその現象を生じる物質は「高温超伝導体」と呼ばれています。高温超伝導体の中でも有名なのが、1986年にベドノルツらによって発見された 銅酸化物超伝導体 です。この高温超伝導のメカニズムが解明できれば、様々な省エネ技術や量子技術への応用が期待されるため、 世界中で研究 が続いています。 様々に提案 されている 銅酸化物超伝導体のメカニズム のなかで有力と考えられているのは、モット絶縁体と呼ばれる電気が流れない状態にキャリアがドープされ電気が流れる金属になる過程で高温超伝導が生じるというものです。満員電車の車内から脱出する瞬間の開放感が高温超伝導ということですね（恍惚） しかし、このメカニズムについてよくわかっていない部分が存在しました。理論的にはキャリアが電子の場合とホールの場合どちらでも超伝導が創発しますが、その現れ方が実験的には非対称になっているのです。この非対称性の起源が、 電子とホールの専有する軌道の違いによる電子相関の強さの違い 電子ドープとホールドープが実現できる物質の結晶構造の違い にあるのか分かっていませんでした。というか、結晶構造が違ったらそもそも並べて比較できないでしょ！特に 電子ドープ側がアニールで還元したら相図もコロコロ 変わるし何観てるかよくわからんし、 ノンドープ超伝導 （ キャリア量が変わってないとはいってない ）とかもうこれわからんぞい！！ 電子ドープとホールドープの銅酸化物の相...

ｱｯ…ｱｯ…ｱｯ… No.1：2022/3/6 No.2：2022/3/13 No.3：2022/3/19 No.4：2022/3/28 No.5：2022/4/2 ・FeGeの電荷秩序の発見、STMは強い。 ・Ni/Ti二層構造で軌道流の発見、時代はオービトロニクス ・RuCl3で磁場誘起トポロジカル相転移の発見、熱ホール効果量子化にも影響ありですか。 ・生体カイラル物質、その発想はなかった。 ・ニッケル酸化物超伝導、基板を変更することで真の輸送現象を観測成功、(・∀・)ｲｲﾈ!! ・量子モンテカルロ計算の符号問題の解決法の提案、ほんまかな？ ・銅酸化物の異常金属相の輸送現象がボルツマン理論で説明できるか問題、論争だ！ ・強誘電ドメインウォールの3次元成分の寄与、絵がかっこいい。 ・有機物量子塩をモット転移させてもフェルミオン励起がみえる、QSLだね ・近藤先生逝去 ・銅酸化物の電子結晶状態の発見、また相図が書き換わる ・超高分解能の位置分解ARPES、強い ・悪魔の階段の一階、強磁場測定すごいね。 ・層間エキシトンダイオード/トランジスタ、エキシトロニクスくるな ・フェルミ液体はトポロジカルに保護されているか問題、そんな観点あるのかい。 ・オングストローム流体、ミクロの世界の限界って感じだ。 ・マイクロソフトのマヨラナ励起発見、ほんまか？ ・FeGeの反強磁性相内の電荷秩序の発見、ARPESとX線は強い。 ・Si光起電力デバイスの電流経路可視化、NV中心最強説。 ・RMn6Sn6のバンド構造の希土類依存性、磁化の向きが重要なのね。 ・マヨラナゼロモード10年前にすでに見つかっていた説、エイプリルフール ・銅酸化物一族最後のメンツでもCDWが見える。ユニバーサルね。 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー ☆No.5 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー Hall field-induced magneto-oscillations near charge neutrality point in graphene https://arxiv.org/abs/2203.17233 グラフェンちゃんの大電流でのホール効果かな？ Room Temperature Gate Tunable...