理研ら，ディラック電子の磁気モーメントを精密測定

理化学研究（理研）と東京工業大学の共同研究グループは，「トポロジカル絶縁体」表面に形成される質量ゼロの「ディラック電子」が持つ磁気モーメント（磁力の大きさと向きを表すベクトル量）を精密に測定する新しい手法を開発した（ニュースリリース）。

トポロジカル絶縁体は，固体内部の電子は動くことができないが，その表面には自由に動く電子が自然に現れる物質。また，この表面の電子には質量がない。このような質量ゼロの電子はディラック電子と呼ばれ，通常の電子とは異なる性質を示す。

特にトポロジカル絶縁体表面のディラック電子は，電気伝導と磁性の間の強いつながりが特徴で，スピントロニクスなどへの応用が期待されている。表面のディラック電子を制御するためには，磁性を特徴づける基本的な量である電子の磁気モーメントの情報が必要となる。しかし，表面ディラック電子の磁気モーメントを測定できる手法はこれまで存在しなかった。

今回，共同研究グループは，「走査型トンネル顕微鏡法／分光法（STM/STS）」を用いた磁気モーメントの新しい評価法を開発し，2種類のトポロジカル絶縁体に適用した。その結果，東京工業大学で作製した，「Bi2Se3」（Bi：ビスマス、Se：セレン）と「Sb2Te2Se」（Sb：アンチモン、Te：テルル）という2つの異なるトポロジカル絶縁体でディラック電子の運動速度がほとんど同じであるのに対し，磁気モーメントは大きさも方向も全く異なることが分かった。

これは，トポロジカル絶縁体の隠れた個性を明らかにしたもので，磁気モーメントを通したディラック電子の新しい制御法の開発へつながる成果。今回，磁気モーメントの物質依存性が初めて明らかになったが，その起源はまだはっきりと分かっておらず，基礎物理学上の問題として残っている。今後の研究によってこの問題が解かれれば，トポロジカル絶縁体の全く新しい利用法につながるかもしれないとしている。