研究内容

固体が示す様々な性質(機能性)は、固体内部の電子やスピンの状態と密接に関連しています。 一方で、固体物質の表面や界面、および薄膜においては、固体内部では実現できないような性質が発現することが知られてきており、 新しい機能性の探索とその機能性発現のメカニズムを調べる必要性が増加しています。 我々の研究室では、固体、表面、界面、薄膜などに発現する新しい機能性を探求すること、 および機能性発現の機構を調べるためにその電子状態やスピン状態を観測することを行っています。

研究手法

機能性物質の作製および開発のために、研究室に既存の化学気相堆積(CVD)法、パルスレーザー堆積(PLD)法、電気炉を用いた固相反応法などを用いています。 また、固体の電子状態を研究する為には、主に真空紫外光(数eV)から硬X線(数keV)までの幅広い光を用いた光電子分光法を用います。 光電子分光法は光電効果を応用した実験手法で、 測定試料に光を入射し光電効果により物質外部に飛び出してきた電子のエネルギーや運動量を測定することにより物質の電子状態を調べることができます。 SPring-8や広島大学HiSORなどの放射光光電子分光装置や、東大物性研究所の超高分解能レーザー励起角度分解光電子分光装置などを共同利用し実験をすすめます。また現在、最新式の光電子アナライザーを用いた超高分解能光電子分光装置の建設も行っています。 その他、必要に応じて軟X線吸収分光、軟X線発光分光、高圧化赤外分光、磁気円二色性、光電子顕微鏡、オージェ電子分光、 低速電子線回折、走査トンネル顕微鏡/トンネル分光(STM/STS)等の測定手法も用います。

研究対象とテーマ

新たに発見された機能性物質(超伝導体、磁性体、半導体等)や、既に見つかっている物質でもその機能性発現の機構がまだ分かっていない物質を対象に研究します。 例えば下に示したのは、最近発見されたダイヤモンド超伝導体の電子状態をSPring-8の角度分解光電子分光装置を用いて研究した結果です。 向かって左の図で黄色の部分が実験的に得られたバンド分散を示し、その上に重ねられた白の直線は計算結果を示します。 硼素濃度が高くなることにより、バンドの頂点がフェルミ準位(EF)より上に顔を出し、 その結果形成されたホールが超伝導ダイヤモンドにおける金属的伝導の起源であることを世界に先駆けて明らかにしました。

この他、研究テーマの一部を示します。

  • 高濃度ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体の電子状態
  • 重い電子系におけるバルク電子状態の高精度測定
  • 不純物ドープ半導体に起こる超伝導
  • 新奇超伝導体、磁性体の電子状態研究
  • 光電子分光以外の分光手法を用いた研究
  • 金属絶縁体転移を伴うバナジウム酸化物の作製及び電子状態の評価
  • ホランダイト型マンガン酸化物の作製及び電子状態の評価
  • ホットフィラメント型CVD装置の立ち上げ及び試料作製
  • 磁性体の作製及び、電子状態の評価
  • ホランダイト型チタン酸化物の作製及び電子状態の評価