Taleb(アミナ・タレブ)博士らの研究グループは、半導体の結晶表面に作製した1次元ナノ金属において、朝永・ラッティンジャー液体と呼ばれる1次元系特有の電子の状態・動きを初めて観測しました。この研究は、例えば次世代の半導体素子における極度に微細化したナノ金属配線に現れる電子の性質の予測など、これまでよく知られていなかった1次元ナノ金属特有の電子物性の解明に役立つと考えられます。Letters」(オンライン版)で公開されました。研究の背景1次元ナノ空間では、我々が通常暮らしている3次元の世界とは全く異なる様々な現象が予想されています。その原因の一つとなるのが、1次元では粒子が「すれ違う」ことができないということです(図1)。このような1次元に閉じ込められた電子の状況は、これを説明する理論の提唱者の名前をとって「朝永・ラッティンジャー液体(TLL)」と呼ばれています。いう手法で決定したものです。これまでにもカーボンナノチューブなどのいくつかの物質でTLLと考えられる電子状態は観測されてきましたが、固体表面での作製例はほとんどなく、その電子状態の観測範囲(エネルギー・運動量)も限られていました。本研究では固体表面にTLLを人工的に作製し、その電子の動きや状態を広いエネルギー範囲にわたって初めて解明しました。2-3次元系(左)と1次元系(右)での粒子の錯乱の模式図。図2(a)に示したように、観測された電子の運動量は、1つの方向に同じ値を持つことから、速さと方向がそろっていることを観測しました。この電子状態のエネルギーと運動量の関係(分散関係)は、表面1次元構造に平行な方向については通常の金属のような放物線型の構造を取ることが広いエネルギー範囲にわたって示されました(図2(b))。このことは、一次元ナノ構造の方向には通常の金属のように電子が流れることを示しています。ここで測定された電子状態のスペクトルはTLLについて理論的に予測される形状とぴたりと一致しており(図2(c))、半導体表面にTLLが形成されたことをはっきりと示すことができました。1次元電子状態の光電子スペクトル強度。社会に与える影響(本研究成果の意義)今回発見した表面1次元ナノ構造について、詳細な原子構造の決定やそれに基づく理論計算との比較を進めることで、実験データの不足によりこれまでよくわかっていなかった1次元ナノ金属の電子状態についての研究を大きく進展させることができると考えられます。Letters」のオンライン版に公開されました。研究活動スタート支援(課題番号26887024)および基盤研究B(15H03676)の補助を受けて行われました。分子科学研究所UVSOR施設利用研究及びナノテクノロジープラットフォーム事業の研究課題の一環として実施されました。処理を施すことで、細さ1nm程度(原子1個~数個分程度)の極めて細い金属を作製することができる。等の1次元系特有の電子状態が盛んに研究されている。朝永・ラッティンジャー液体(TLL)1次元導体中の相互作用する電子の状態を記述する理論モデルで、1950年に朝永振一郎により提唱され、1963年にラッティンジャーにより拡張されました。TLLでは電子が1つずつの粒子としてではなく集団として常に運動したり、電荷とスピンの運動が別々に現れるなど、通常の金属中の電子とは全く違った状態が実現すると予測されていましたが、今回の研究ではそのうちのいくつかの特徴が実際に観測されました。光を当てて、飛び出てくる電子の角度とエネルギーを観測することにより、固体内電子の運動量と束縛エネルギーを観測する手法です。固体における電子の状態を調べるための手法として近年盛んに用いられ、分解能や感度などの性能が日進月歩で進歩しています。ビスマス原子番号83。非放射性元素の中で最も重い元素であることや、その単結晶の電子状態が金属と絶縁体の丁度境界領域に当たるような状況であることから、その電子状態に関しては長い間研究が行われてきた。