2022-03-25 名古屋大学
国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科の萬條 太駿 大学院博士後期課程学生、澤 博 教授らの研究グループは、理化学研究所創発物性科学センターの鬼頭 俊介 基礎科学特別研究員、帝京大学、早稲田大学、東北大学、東京大学、横浜国立大学（研究当時）、広島大学、高輝度光科学研究センターとの共同研究により、大型放射光施設SPring-8注1)におけるX線回折・散乱実験によって、軌道自由度を持つ電子が異方性を持った揺らぎ状態として観測されることを明らかにしました。
電子は、原子核の周りに電子雲として存在しますが、量子力学的に振舞うために離散的な軌道状態をとります。さらに、電子軌道の空間的な異方性は、固体物質の性質（物性）を支配する自由度の一つとして知られています。これまで、秩序化した電子軌道の異方性の観測手法の提案はあるものの、軌道自由度を有して秩序化する前の状態については、直接議論されたことはあまりなく、実空間での形について明確なイメージは持たれていませんでした。
本研究では、鉄とバナジウムの酸化物中の価電子雲のみを直接観測し、縮退した電子軌道分布状態を解明しました。このことは、巨大な応答を示す複数自由度の相関を考える上で、新たな知見を与えます。
本研究成果は、2022年2月25日付イギリス英国王立化学会（Royal Society of Chemistry）の学術誌「Materials Advances」電子版に掲載されました。
本研究は、SPring-8の課題(2019A0070/2020A0835/2021A1575)の支援のもとで行われたものです。
【ポイント】
・放射光X線回折実験とコア差フーリエ合成法により軌道自由度を持つ価電子の異方的な分布状態の観測に成功。
・電子が縮退した軌道を時間的に揺らぎながら占有していることを解明。
・軌道自由度を有する電子の本来の姿を解明。
【用語説明】
注1）大型放射光施設SPring-8：
兵庫県の播磨科学公園都市にある、世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施設で、その利用者支援などは高輝度光科学研究センター（JASRI）が行っている。放射光とは、電子を光とほぼ等しい速度まで加速し、電磁石によって進行方向を曲げたときに発生する、細く強力な電磁波のこと。SPring-8では、この放射光を用いて、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーや産業利用まで幅広い研究がおこなわれている。
【論文情報】
雑誌名：Materials Advances
論文タイトル：Do electron distributions with orbital degree of freedom exhibit anisotropy?(軌道の自由度を持つ電子分布は異方性を示すのか？)
著者：萬條 太駿、鬼頭 俊介、片山 尚幸、中村 真一、勝藤 拓郎、新居 陽一、有馬 孝尚、那須 譲治、長谷川 巧、杉本 邦久、石川 大介、Alfred. Q. R. Baron、澤 博
DOI:10.1039/d1ma01113h
URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/MA/D1MA01113H
【研究代表者】
大学院工学研究科 澤 博 教授
