英 国 長 期 出 張 報 告（1993年11月9日作成，一部のちに更新）

１．渡航目的：

英国シェフィールド大学の招聘により， 当大学[ＷＷＷに飛びます]において 強相関電子系・ フラーレンの光物性 に関する共同研究を行った．

２．

氏名：針谷 喜久雄 （電子基礎部 物性基礎研究室）

３．関連研究課題名：

  • 特別研究：電子技術・超伝導エレクトロニクスに関する研究・ 超伝導についての電子論的研究
  • 経常研究：固体電子系の応答理論の研究
  • 文部省科学研究費：炭素クラスター・高次フラーレン及び フラーレンチューブの電子状態についての理論的研究（研究分担者）
  • 英国SERCの補助金

    • ４．

  • 滞在期間：1992 年 10 月 31 日 − 1993 年 10 月 31 日
  • 国名：英国

    • ５．在外試験機関名：英国シェフィールド大学理学部物理学科

    ◎在外研究中の参加研究集会名及び発表論文題目：
    [1] K. Harigaya: Polarons and Optical Properties in Fullerenes C60 and C70, Condensed Matter and Materials Physics Conference, University of Sheffield, (December 15-17, 1992).
    [2] K. Harigaya, S. Abe, and B. Friedman: Luminescence and Nonlinear Optical Response of the C60 Molecule, Fullerenes '93, Santa Barbara, USA, (June 27-July 1, 1993).
    [3] K. Harigaya: Polaron Excitations in Doped C60: Effects of Disorders, Fullerenes '93, Santa Barbara, USA, (June 27-July 1, 1993).
    [4] M. Fujita and K. Harigaya: Electronic Structures along the Phason Line of Higher Fullerenes, Fullerenes '93, Santa Barbara, USA, (June 27-July 1, 1993).
    [5] K. Harigaya and G. A. Gehring: Elastic Anomaly of Heavy Fermion Systems in a Crystalline Field, Theoretical Magnetism 93, Oxford, (July 5, 1993).
    [6] K. Harigaya and S. Abe: Nonlinear Optical Response of C60 Molecules, 1993 International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter, Connecticut, USA, (August 9-13, 1993).
    [7] K. Harigaya and G. A. Gehring: Elastic Anomaly of Heavy Fermion Systems in a Crystalline Field, International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, San Diego, USA, (August 16-19, 1993).

    ６．実施した試験研究の内容及び成果

    ◎重い電子系の弾性異常： [論文番号1-3]
    いくつかの重い電子系物質は低温において弾性異常を示す．弾性異常は結晶場 分裂構造，磁気相転移などに密接に関連している．結晶場分裂による弾性異常 は弾性定数の温度依存性にピークまたは凹み構造として現れる．slave boson 法を使ったアンダーソン格子模型を使って，結晶場分裂と格子歪との相互作用 を乱雑位相近似の取り扱いで計算した．理論のパラメターをうまく選ぶことに よって，CeTe の各種弾性定数の実験データと計算データを合わせることに成功 した．
    ◎フラーレンチューブの結合交替構造： [論文番号4]
    フラーレンチューブは，長さが直径の 1000 倍程度のものまで合成されている． 充分１次元物質としてみなして良い．共役高分子と同様，パイエルス歪が発生 する事が予想されるので，有限サイズスケーリングの方法で研究した．系が金 属的なとき，古典ベンゼン環が並んだような「３倍ケクレ構造」が実現する． 系が半導体的なとき，トランスポリアセチレン鎖が横に並んだような「１次元 ケクレ構造」が生成する．
    ◎フラーレンの光物性： [論文番号5,6]
    ａ．Ｃ60 分子，固体共に，強く乱れた系である．電子がドープされた Ｃ60 分 子に対する乱れの効果を，共役高分子としてのモデルである Su-Schrieffer- Heeger 模型を使って研究した．ボンド乱れとサイト乱れの２種類の効果に 分けて考察した．付加された電子数が３以下の時は，結合交替構造は乱れに 対して安定なようである．ポーラロン励起が観測される可能性は大きい．
    ｂ．光による励起エネルギーが大きい場合，電子と正孔の間のクーロン相互作 用によって，励起スペクトルが大きく変化する．平均場近似から出発して配置 間相互作用の計算を行った．Ｃ60 固体の光吸収スペクトルの振る舞いを再現 するようなクーロン相互作用の大きさは中間的であった．このとき，第３高調 波発生（ＴＨＧ）を計算すると，独立電子近似に比べて１桁程度小さい値が得 られる．局所場補正によってＴＨＧは１桁程度大きくなると見積もられるので， 実験を説明できる．ただし，ＴＨＧのピーク位置については問題が残った． 帰国後の研究テーマである．
    ◎在外研究中の論文一覧：
    [1] K. Harigaya and G. A. Gehring: Elastic Anomaly of Heavy Fermion Systems in a Crystalline Field, J. Phys.: Condens. Matter 5 (1993) 5277-5282.
    [2] K. Harigaya and G. A. Gehring: Elastic Anomaly of Heavy Fermion Systems in a Crystalline Field, in "Proceedings of International Conference on Strongly Correlated Electron Systems", Physica B 199&200 (1994) 18-19.
    [3] K. Harigaya and G. A. Gehring: Elastic Anomaly of Heavy Fermion Systems in a Crystalline Field II: Realistic model for cubic crystals, J. Phys.: Condens. Matter 6 (1994) 977-984.
    [4] K. Harigaya and M. Fujita: Dimerization Structures on the Metallic and Semiconducting Fullerene Tubules, Phys. Rev. B 47 (1993) 16563-16569.
    [5] K. Harigaya: Polaron Excitations in Doped C60: Effects of Disorder, Phys. Rev. B 48 (1993) 2765-2772.
    [6] K. Harigaya and S. Abe: Nonlinear Optical Response of C60 Molecules, in "1993 International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter", J. Luminescence 60&61 (1994) 380-382.
    ◎在外研究中のセミナー一覧：
    [1] K. Harigaya: Fullerenes: An Overview of the Novel Molecules and Solids, University of Sheffield, (January 11, 1993).
    [2] K. Harigaya: Theory of Fullerenes as pi-Conjugated Systems, University of Sussex, (February 26, 1993).
    [3] K. Harigaya: Polaron Excitations and Optical Properties of Fullerenes, Cavendish Laboratory, Cambridge, (June 18, 1993).
    [4] K. Harigaya: Polaron Excitations and Optical Properties in Fullerenes, ETH, Zurich, Switzerland, (July 7, 1993).
    [5] K. Harigaya: Polaron Excitations and Optical Properties in Fullerenes, Universitat Bayreuth, Germany, (July 13, 1993).

    ７．試験研究遂行に役立った試験研究機関の設備環境等

    ◎理学部物理学科内の研究室の設備：
    ・イーサーネットワーク配線
    ・MS-DOS パーソナルコンピューター端末１台
    ・Macintosh SE30 ２台
    ・HP グラフィクスプリンター １台
    ・シリアルドットプリンター ２台
    ◎大学付属計算機センターの設備：
    ・login 用サーバー SPARC station １台
    ・メーンフレーム汎用計算機 １台
    ・端末，各種プリンター 多数

    ８．今後 在外研究を行う者 研究集会参加者に参考になる事項：

    シェフィールド（Sheffield）はイングランドの北部南ヨークシャー（South Yorkshire） に位置している．人口５０万人でイングランドでは４番目の大き さ．かつて製鉄業で栄えた都市である．日本でそれほど知られていないのは， これといった観光ポイントがないからかもしれない．しかし，ナイフ・フォー ク類が特産品で知られている．
    シェフィールド大学は，理学部，工学部から文学部，芸術学部まで有する総合 大学である．理学部物理学科は 英国では標準規模の大きさである．教員 総員 ２４名．日本から来た目で見ると，わりと小規模でゆったした雰囲気であった． マイペースで研究を進行させるには静かでよい環境かもしれない．数値計算を 行うためのフォートラン計算機環境は日本の方が格段に良いように 思えた．
    この大学で特色的なのは，欧州で最大規模といわれる日本学科があることであ る．ロンドンから送られてくる，日経新聞衛星版で時事関係を把握できた．日 本学科の長谷川講師には懇意にしていただき，何度か小規模の会合に同席させ ていただいた．

    ９．所感：

    滞在先ホストのゲーリング教授は電子フォノン相互作用・協力ヤンテラー効果・ 超音波理論の専門家である．重い電子系の研究では，結晶場分裂と格子歪との 相互作用の取り扱いを学ぶことが出来た．フラーレンのポーラロン励起は，分 子のヤンテラー歪に他ならない．フラーレンの光物性に関しても有意義な議論 を行った．２つの異なった分野で行った在外研究は，電子フォノン相互作用に 関して各種理論的定式化を経験したという意味において，将来の研究生活に大 いに役立つ体験であったと感じる．