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Principles ≪ Phenomena ≪ Quantum Materials

物性物理学は、超伝導などの固体が示す様々な現象を少数の基本原理から導くことを目指す学問です。しかしながら、これらの現象は、無数の電子が織りなす量子多体現象であるため、基本原理に基づく理論からそれらを導くことは容易ではなく、多くの理論は大胆な仮定と近似を必要とします。そのような近似が有効な現象および物性は、エレクトロニクス産業を支える機能として実を結んだわけですが、そうでないものは今日の物性物理学の問題として残されています。特に一電子近似が破綻する強相関電子系は、理論的アプローチが難しく、未知の量子現象を内包する系として盛んに研究されてきました。このような系を研究する上で重要になるのが、固体化学的なアプローチ、即ち知識と経験を活用した物質開拓です。この様々な物質の新規開拓と物性測定から基本原理を目指すという帰納的研究が、それとは逆の基本原理から森羅万象の解明を目指す演繹的研究とうまくマージすることで、新たに拡張された理論体系が確立されるのです。

量子物質から機能性材料へ

近年、量子物質(Quantum Materials)という言葉をよく耳にするようになりました。これは、磁性、超伝導、量子ホール効果などの量子力学を抜きにして語ることのできない物性・現象を示し、尚且つ産業応用には至っていない新奇な物質の総称として用いられているようです。これらは新たなセンサー材料・超省エネルギー材料に化ける可能性を秘めているものの、現時点においてその多くは物性物理の基礎的な研究対象という位置付けにとどまっています。今後、この量子物質が機能性材料へと変貌を遂げるためには、固体化学や材料科学の立場からの精力的な研究が必要になります。また、最近はトポロジーに着目した新原理・新機能の探索や、機械学習を活用した新物質探索など、数理・計算科学を活用した研究が、量子物質科学に新たな局面をもたらしつつあります。我々石渡研究室は、物性物理学、固体化学、数理・計算科学に跨がる広い視野をもって、革新的機能性材料としての可能性を秘めた量子物質の発見を目指します。

Unconventional Magnetism

Novel Cross-Correlation Effects

Exotic Thermoelectrics

Novel Superconductors

Computational Materials Discovery