東大ら，トポロジカル絶縁体やワイル半金属の母体電子構造を発見

東京大学の研究グループは，既存のトポロジカル絶縁体やワイル半金属と，電子同士の強い相互作用（強相関）を組み合わせることで，更なる新機能を持たせる物質開発に着手している。今回，豊田工業大学，大阪大学，高エネルギー加速器研究機構物質構と共同で，その未踏の物質開発の扉を開く電子状態を，イリジウム酸化物で発見した（ニュースリリース）。

これまでの新物質開発は，主に2つの観点から取り組まれてきた。一つは，強い電子相関を基軸に発現させる物性で，最たるものは高温超伝導や，巨大磁気抵抗効果などがあり，現在も物性物理分野の中心的課題となっている。

もう一つは，強いスピン-軌道相互作用に起因する電子物性で，最近のトポロジカル絶縁体やワイル半金属の発見を機に，現在猛烈な勢いで世界的研究が行なわれている。

この研究で対象としたイリジウム酸化物は，この2つを兼ね備える性質を持つため，次なるターゲットとなる新しい研究分野。

研究グループは，あらゆる波長（色）の光が束となった放射光を利用する光電子分光法によって，イリジウム酸化物内の電子を運動量空間（フェルミ海）で隈無く探索した。その結果，フェルミ海の中心一点でのみ海面に顔を出す放物型の電子構造を発見した。

これはトポロジカル理論を駆り立てる宝庫とも言える構造で，そこに歪みを加えて空間対称性を破ればトポロジカル絶縁体に，また，磁場を加えて時間対称性を破ればワイル半金属に変化するなど，純スピン流を流す様々な量子現象を発現させる上での起点となる母体となる電子状態。

この成果は，最近急速に理論研究が進展する中，実験による検証が欠如していたため，強く待ち望まれていた。理論予想を裏付ける特異な電子構造が今回発見されたことで、「強相関スピントロニクス」時代の幕開けに向けて，強相関かつトポロジカルな物質群を対象とする研究が，理論と実験の両面から加速することが今後期待されるとしている。