大阪大学大学院生命機能研究科 中村拓人 助教（理学研究科兼任）、木村真一 教授（理学研究科兼任、自然科学研究機構分子科学研究所 クロスアポイントメント）、同理学研究科 杉原弘基さん、市川龍さん、山口紘佳さん（研究当時 博士前期課程）、陳奕同さん（研究当時 博士後期課程、現 京都大学大学院人間・環境学研究科 助教）、西原快人さん（博士後期課程）、名古屋大学 未来材料・システム研究所 宮町俊生 准教授、小森文夫 客員教授、東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 湯川龍 准教授、筑波大学 数理物質系 長谷川友里 助教、量子科学技術研究開発機構（QST） 大坪嘉之 主任研究員、自然科学研究機構分子科学研究所 田中清尚 准教授の研究グループは、単原子層物質と金属との界面に近藤効果に由来した重い電子状態が存在することを世界で初めて明らかにしました。

異なる物質の界面に近藤効果に由来する重い電子状態の形成は予測されていましたが、実際にどのように形成されているのかを直接捉えることは困難でした。今回、研究グループは、銅（Cu）単結晶基板上に高品質な単原子層イッテルビウム・銅（YbCu₂）薄膜を作製し、その電子状態をシンクロトロン光を用いた角度分解光電子分光（ARPES）によって詳細に調べました。その結果、YbCu₂原子層とCu基板との界面に形成される重い電子状態を観測しました。これにより、YbCu₂原子層のYb 4f電子とCu基板に由来する伝導電子が界面を越えて混成し、重い電子状態を形成していることが実証されました。

この成果は、原子層と基板の組み合わせによって重い電子状態を人工的に設計し、将来的にはそれに由来する特異な超伝導などの新しい量子現象を創出する可能性を示すものです。今後、界面構造や電子軌道、モアレ構造などを精密に制御することで、低次元系における新たな強相関量子状態の創出につながることが期待されます。

本研究成果は、英国科学雑誌ネイチャー系の国際学術誌「Communications Materials」に、１０月 ６日(火)に公開されました。

YbCu₂とCuの間を伝播する界面重い電子の概念図

Related links

• 大阪大学 大学院生命機能研究科/大学院理学研究科物理学専攻 光物性研究室