有機導体の低次元電子 : その基本的性質と最近の発展(第55回物性若手夏の学校(2010年度),講義ノート)

Abstract

物性物理の主要な対象のひとつは有機分子性物質である。その源流は1950年代の「有機化学合成で半導体を」という日本の化学者グループの目論見と,1960年代の「室温を超える超伝導を」という米国のひとりの物理学者の提唱にまで遡れる。1970年代にTTF-TCNQと呼ばれる1次元金属電子系をもつ有機導体が合成されたことが契機となり,物性物理がそれまで馴染みのなかった有機化学合成の世界と結びついた。これ以後の精力的な研究によって,いまでは分子性物質が物性物理の主要な役者のひとつとなるに至っている。物性物理の世界において有機導体がもつ特徴は,物質がきわめて多様性に富んでいて多彩な物性が展開されること,および電子系が強い低次元性をもつとともに,初歩のバンド理論では無視される伝導電子間のクーロン相互作用が,電子系の振る舞いに大きな役割を演じることである。低次元性とクーロン相互作用は,物質が金属であるか絶縁体であるかを決める主要な要因であり,有機導体は物質の金属性と絶縁性を俯瞰できる系だと言える。この講義ではまず,学部課程の物性物理ではあまり馴染みのない,有機導体の電子系の基本的性質を概観する。ついで,密度波,異方的超伝導,電荷秩序など,低次元性とクーロン相互作用に起因する具体的な物理を詳しく見ていく。最後に,素粒子のニュートリノに似た性質を持つ電子状態や,有機FET超伝導,強誘電性など,現在発展中のいくつかの話題を紹介する。