東大ら,電子間の相互作用が強いゼロギャップ半導体を発見

東京大学の研究グループは,米ジョンズ・ホプキンス大学との共同研究で,ゼロギャップ半導体として知られるイリジウム酸化物Pr2Ir2O7をテラヘルツ分光を用いて調べたところ,5ケルビン(マイナス268℃)という低温にて,これまで他のゼロギャップ半導体で知られていた値の数十倍以上高い約180という非常に大きな比誘電率を観測し,電子間の相互作用も非常に強いことを実証した(ニュースリリース)。

高いモビリティや量子ホール効果などのトポロジカルな機能のために,ゼロギャップ構造の半導体が近年注目されている。その中でも,quadratic band touchingを持つラッティンジャー半金属と呼ばれる状態の物質では,電子間の強い相互作用が通常の金属では期待できない新しい電子状態を作り出すことを,40年以上前に予測されていた。

しかし,これまでに知られていたα-スズやテルル化水銀といった物質では電子の有効質量が小さいため,電子間の相互作用も弱く,その効果を実験的に明らかにすることは困難だった。

今回研究グループは,有効質量の大きなPr2Ir2O7を用いて,電子間の相互作用の尺度となる比誘電率の値を調べ,相互作用の大きさは運動エネルギーに比べて2桁程度も大きいことを実証した。今後,ゼロギャップ半導体における電子間の相互作用の役割を理解することで,新しい物理現象の発見に繋がるとしている。

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