물질 안에서 전자가 어떻게 움직이는지를 아는 것은 초전도나 자성, 유전성(誘電性) 의 수수께끼를 해명하는 것에 있어 가장 기본적인 정보입니다. 특히 물질 가운데 전자의 퍼짐은 “전자 궤도”라 불리며, 전자의 움직이기 쉬운 방향이나 상호 작용의 수단을 결정하는 것에 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 이학 연구과 물리학 전공・고체 통계 물리학 강좌의 이시하라 스미오(石原 純夫) 준교수의 연구 그룹과 일본 원자력 연구개발 기구 고에너지 가속기 연구기구, 국제 고등 연구소의 연구 그룹은 공동 연구에 의해 물질의 여기(励起)상태의 전자의 확산되는 모양을 방사광 X선을 이용해 조사하는 방법을 개발하였습니다.

SPring-8이라 불리는 대형 방사광 시설의 링에서 방출되는 X선은 빛의 진동 방향(편광 방향)이 일치하고 있습니다. 이번에 이러한 X선을 물질에 쬐어 방출되는 X선의 편광을 상세히 조사하는 것으로 물질 안의 어느 궤도에서 어느 궤도로 전자가 여기되었는가를 식별하는 것이 가능하다는 것을 이론적으로 조사해 KCuF3이라 불리는 물질에 대해서 이것을 실증하였습니다. 이번에 개발된 공명 비탄성 X선 산란의 편광 특성이라 불리는 방법을 이용하는 것으로 초전도나 자성, 유전 특성 등의 다양한 물성・기능에 관여하고 있는 전자궤도의 종류를 쉽게 결정하는 것이 가능하며, 이러한 기능 발현의 해명이 가속될 것으로 기대됩니다.

본 연구성과는 미국 물리학회지 “Physical Review B”의 Rapid Communications에 Editors’ Suggestion로 6월 14일(현지 시간)에 온라인판으로 게재되었습니다.

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동북대학 대학원 이학연구과 물리학 전공

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