論理物理学的多体論スピン・ループ軌道相互作用 e l p 時間反転対称性の破れ S m a は方るれさ用利。上す om om 務ま c . 業し、 ab lab.c l た p 等い .ﬂ ﬂp 用 w い w lab@ 引願 w ・ / p :/ 考 ﬂ お p t 参入 ht ail 購ご em 基礎論理物理学研究所小林隆光理学博士序金属をはじめとする固体中の電子の振る舞いは、単純な不純物ポテンシャルとの散乱、その散乱に伴うスピンー軌道散乱、磁性ポテンシャルとの散乱、そして、アンダーソン局在に特徴的な非弾性散乱で理解できるとされてきました。特にスピン―軌道散乱は時間反転対称性を保つと言われてきました。しかし、低次元化された超伝導電子対の振る舞いの研究から、磁性ポテンシャルや磁場が無い状態で、超伝導電子対間の時間反転対称性が破られていることが確認されました。時間反転対称性は、じつは超伝導電子対が壊れないために必要であるというだけでなく、宇宙の創生に深くかかわりを持っています。というのも、すべてが時間反転対称であれば、宇宙が創生された時、すべては時間反転されうることから、創生された宇宙もコーヒーレントな時間以内に消滅してしまうからです。しかし、宇宙は十分に長い間存在しています。これは、宇宙の創生時に時間反転対称性が破られたことを示唆します。なにが時間反転対称性を破ったかは未だ不明です。ただ、外因的ではなく内因的であることは類推できます。また、宇宙が創生するくらいの大事ですので、多体論の範疇であることも類推できます。もし、多体論で時間反転対称性を破る内因的プロセスが見つかれば宇宙創成の謎を解くことも可能となります。本書では、スピン軌道相互作用に着目し、その具体的でわかりやすい描像のためにループ軌道という概念を提唱し、スピン―ループ軌道には二つのチャンネルがあり、片方は時間反転対称性を保つのに対し、もう一方は時間反転対称性が保たれず、超伝導電子対はこのチャンネルを通ることを示します。目次第 1 章固体中の電子散乱 __________________ 1 第 2 章超伝導電子対破壊 ___________________ 2 第 3 章スピン―軌道相互作用 _______________ 9 第 4 章ループ軌道 _______________________ 14 第 5 章２体ループ軌道効果 ________________ 23 第 6 章ビッグバン _______________________ 29 第 7 章まとめ ___________________________ 31 ii 第1章固体中の電子散乱固体中で電子は様々なものに散乱されながら、進んでいきます。たとえば、格子欠陥、格子内原子、異種原子、フォノン、他の電子などに散乱されます。散乱は古典的散乱と量子的散乱と区別して考えられなければなりません。電子は量子散乱の前後で自分自身と、もしくは、他の電子と干渉し合うことが可能です。一方、古典的散乱においては、干渉し合うことができません。このような散乱を非弾性散乱と言います。非弾性散乱から非弾性散乱までの平均的時間は絶対零度からどんどん短くなり、ある程度高くなると、弾性散乱時間とほぼ等しくなってしまい、もはや電子は干渉効果を示さなくなります。したがって、低温では電子は弾性散乱の前後で干渉効果を示すことが可能となります。干渉効果も二つの干渉効果に分かれます。ひとつは、単純に電子波を大きくしたり小さくしたりする効果で、もう一つは、移動する電子波が定在波となるような効果です。特に後者は出発する電子波に出発して戻ってきた電子波が重なった時に起きます。干渉は、エネルギー、波数（運動量）、スピン状態が同じでなければなりません。そして、これらを変えることのできる機構が存在します。エネルギーは非弾性散乱によりかえられ、波数は弾性散乱によりかえられ、スピンはスピン―軌道散乱によりかえられます。著者略歴小林隆光（こばやしたかみつ） 1982 年 3 月名古屋大学理学部物理学科卒業 1987 年 7 月東京工業大学総合理工学研究科博士課程修了高エネルギー物理学研究所助手 9月理学博士号取得 2005 年 9 月高エネルギー加速器研究機構 2008 年 4 月基礎論理物理学研究所退職設立論理物理学的多体論平成 2１年０5 月１5 日初版著者小林隆光発行者小林隆光発行・印刷所基礎論理物理学研究所〒300-1256 茨城県つくば市森の里５−６電話 © 小林隆光 029−876−5423 200９ ISBN978-4-904401-04-0 32 定価３0,000 円 ISBN978-4-904401-04-0 C3042 ￥30000E 9784904401040 1923042300008