平成21年4月13日
独立行政法人 日本原子力研究開発機構
国立大学法人 東北大学
米国アルゴンヌ国立研究所
独立行政法人日本原子力研究開発機構【理事長 岡﨑俊雄、以下「原子力機構」】量子ビーム応用研究部門の脇本秀一研究副主幹らは、国立大学法人東北大学【総長 井上明久、以下「東北大学」】および米国アルゴンヌ国立研究所【所長 Robert Rosner】と共同で、物質の中で強く相互作用した電子１）が起こす集団励起(集団的な揺らぎ) ２）を観測することに世界で初めて成功しました。
現代の物理学において、金属中の伝導電子のように互いに相互作用の無い電子がどのように振る舞うかは良く理解されていますが、互いに強い相互作用を持つことで集団的に振る舞う場合には理論的扱いも困難であり、良く理解されていません。しかし電子の相互作用が強い物質では、高温超伝導を代表例とした数々の新規かつ有用な性質を示すことが知られています。
今回、当研究グループは、電子が強い相互作用を示す典型例である銅酸化物高温超伝導体と関連物質のニッケル酸化物において、電子の集団的振る舞いを調べました。これらの物質では強い相互作用のために、縞状に電子が整列した状態が実現します。当研究グループは、大型放射光施設SPring-8と米国アルゴンヌ国立研究所の大型放射光施設Advanced Photon Sourceを用い、電子の時間的・空間的な運動の周期を観測することができる共鳴非弾性Ｘ線散乱法３）という手法に独自の改良４）を加えることで、銅酸化物及びニッケル酸化物において、縞状に整列した電子が集団で周期的にその位置を変えること（電子の集団励起）を直接観測することに成功しました。
今回の観測の成功により、電子の集団励起という物質科学における新たな研究ジャンルを開拓しました。電子の集団励起の研究を進めることで、その観測物質が示す高温超伝導の機構の解明につながることも大いに期待されています。
本研究成果は、米国物理学会誌”Physical Review Letters”に平成21年 4月 14日（オンライン版）に掲載される予定です。
以上