大阪大学の中村拓人助教らの研究グループは１日、東北大学などとともに電子間の多体効果「近藤効果」により伝導電子の有効質量が増大する「重い電子」を、原子一層の厚みしか持たない単原子層物質において初めて実現しました。英国科学誌「ネイチャーコミュニケーションズ」に公開されている。この技術は量子コンピューターなどへの応用が期待される。

低温で金属の電気抵抗は下がるが、不純物がわずかにあると逆に抵抗が上がる現象がある。これは電流を担う「電子が動きにくくなる」ためであり、「近藤効果」と呼ばれている。物理的機構を、１９６４年に故・近藤淳博士（２０２０年文化勲章）が初めて理論的に解明したことから、同博士の名を冠している。

近藤効果が各格子点で発生すると、「動きにくい電子」が動き出し、あたかも有効質量が大きくなった電子のように振る舞う「重い電子」状態が出現する。

今回、研究グループは、単原子層イッテルビウム・銅(ＹｂＣｕ２)薄膜の作製に成功。その電子構造をシンクロトロン光を用いた角度分解光電子分光(ＡＲＰＥＳ)によって調べた。その結果、ＹｂＣｕ２原子層内を伝播する２次元的な伝導電子が、低温において重い電子を形成することを明らかにした。

この結果は、原子１枚の厚みに閉じ込めた重い電子状態を世界で初めて実現したことを表している。

研究グループは「グラフェンなどを筆頭に近年爆発的に研究が進む原子層物質に、重い電子という新たな機能性を有する物質が仲間入りすることとなり、次世代材料開発や新しいエレクトロニクス素子、量子コンピューター設計開発の指針となることが期待される」としている。