교토대학, 이바라키대학 등의 연구그룹은 본래 전자를 흘리지 않는 절연체인 이테르븀 12 붕화물에서 강자장 중 전기 저항과 자화율이 자장과 함께 진동하는 현상(양자 진동)을 처음으로 관측했다.양자 진동은 통상 전기를 흘리는 금속에서만 관측되는 현상이며, 이것은 이테르븀 12 붕화물에 있어서 금속이라도 절연체라고도 할 수 없는 전례가 없는 전자 상태가 실현되고 있을 가능성을 나타낸다.
"금속이란 무엇인가"라는 질문에 대한 가장 간단하고 정확한 대답은 "페르미면을 가진 물질"이다.페르미면이란, 전자가 나타내는 페르미 통계에 따라 운동량 벡터 공간의 에너지의 낮은 상태로부터 전부의 전자를 집어 넣을 때, 전자로 차지된 상태와 차지하지 않는 상태의 경계를 이루는 곡면을 말한다.
페르미면의 존재를 나타내는 가장 직접적인 것으로서, 강자장 중에서 전기 저항이나 자화가 외부 자장 변화에 수반하여 주기 운동하는 「양자 진동」이 있다.양자 진동이 관측되는 것은 페르미면의 존재를 나타내고, 즉 금속 상태가 실현되고 있음을 의미한다는 것이 지금까지 알려진 물리학의 상식이었다.
그런데 최근 콘도 절연체로 불리는 물질 중 하나인 사마륨 6 붕화물에 있어서 절연체임에도 불구하고 자화의 양자운동이 관측되어 큰 주목을 받았다.그래서 본 연구 그룹은 다른 콘도 절연체인 이테르븀 12 붕화물의 연구를 실시했다.
그 결과, 미국립강자장연구소에서 실시한 고감도 자화 측정 및 정밀 전기 저항 측정에 있어서, 자화뿐만 아니라 전기 저항에 있어서의 양자 진동을 관측하였다.이러한 「절연체의 양자 진동」의 관측은 전례가 없고, 종래의 상식을 뒤집는 결과다.
본 연구를 계기로 절연체에 있어서의 새로운 전개가 기대된다고 한다.
논문 정보:【Science】Quantum Oscillations of Electrical Resistivity in an Insulator