2024年Lee Osheroff Richardson 賞受賞者、Dr. Tiancheng Songとの対談

アメリカ大陸で低温、強磁場、表面科学の研究に取り組む若手科学者を支援するLee Osheroff Richardson賞2024年受賞者、Dr. Tiancheng Songとの対談についてご紹介します。 

Dr. Songは、委員会に感銘を与え、受賞につながった研究について説明して頂きました。来月ミネアポリスで開催されるAPS3月大会で氏に会い、賞を授与できることを楽しみにしています。Dr. Songおめでとうございます！

1. 1.Lee Osheroff 科学賞を受賞した感想は？

私の研究が委員会に認められたことは、とても励みになります。画期的な実験や業績でこの賞を受賞した有名な科学者たちの仲間入りができたのですから、なおさら励みになります。3 人のノーベル物理学賞受賞者の名前にちなんだ賞を受賞したことも、私にとって特別な名誉です。

2.提出した研究について詳しく教えてください。

ここ数年の間に、多くの量子物質が2次元の形で発見され、2次元プラットフォームにおける量子現象の創発を探求する魅力的な機会が開かれています。私の研究は、このような新しい2次元物質とそのファンデルワールスヘテロ構造を探求することに重点を置いています。特に、さまざまな実験技術を開発・駆使して、2次元磁性と超伝導を研究することに興味を持っています。

博士課程では、2次元磁性材料を研究するために、さまざまな光学的・電気的測定を行いました。これらの2次元磁性体のほとんどは、原子レベルの薄さでは非常に空気に弱いため、私は2次元ナノデバイスの作製を開発し、ファンデルワールス磁性体のヘテロ構造を空気中で安定化させることに成功しました。測定に関しては、主に低温磁気光学と磁場を用いた電子トンネル測定を行い、磁気特性を調べました。私は、従来の磁気多層デバイスに類似したファンデルワールス版磁気トンネル接合を設計し、そのユニークな層状反強磁性により、記録的な巨大トンネル磁気抵抗を達成しました。また、2次元磁石のファンデルワールス的性質は、積層界面の制御による卓越したチューナビリティが可能です。次の実験では、積層界面を調整するためにトンネル測定を高圧力と組み合わせ、三ヨウ化クロムにおける積層に依存する層間磁性を調べました。この興味深い発見を基に、私はさらに2次元磁石の2つの層をひねることで界面を操作し、層間磁気結合の周期的変調を実現しました。このモアレ磁性の新しいプラットフォームは、エキゾチックなスピンテクスチャーを工学的に実現する可能性を秘めています。

ポスドク期間中、2次元超伝導とトポロジー、それに関連する非従来型の量子相転移を研究するために、私は専門知識を拡大し、ミリケルビン領域までの単層ナノフレークの熱電測定という新しい技術を開発しました。2次元物質の超伝導研究に広く用いられている従来の電気伝導測定を補完する渦ネルンストシグナルは、超伝導揺らぎをさらに検出し、低キャリア密度領域における輸送から隠された重要な情報を明らかにすることができます。私の単層タングステン・ジテルライドの研究では、量子揺らぎによって駆動されるネルンストシグナルがミリケルビン領域の量子臨界点付近で例外的に大きくなっており、これは渦が増殖していることを示しています。驚くべきことに、ドーピングが臨界値を下回ると、ネルンストシグナルは突然消失します。この結果は、例えば、2次元超伝導体と量子スピンホール絶縁体の間の遷移のような、従来とは異なる量子臨界の振る舞いを探索するための新しい高感度プローブを示すものです。

3. あなたの研究の中で、特に誇りに思っている部分はありますか？

私が特に誇りに思っているのは、2次元磁性についての理解を深め、エキゾチックなスピンテクスチャーを設計する新たな機会を提供した一連の実験です。最初の実験では、三ヨウ化クロムにおけるユニークな層状反強磁性構造を研究し、その磁気秩序を利用して巨大なトンネル磁気抵抗を実現しました。2つ目の実験では、トンネリング測定を静水圧と組み合わせ、層間磁気結合の圧力制御を実証しました。これはまた、三ヨウ化クロムにおける積層依存的な層間磁性の発見にもつながりました。層間磁気結合は、局所的な層の積層を変えることによって、反強磁性と強磁性の間で切り替えられるのであり、この驚くべき発見はさらに、2次元磁石の2つの層をねじることによって2次元磁性のモアレ・エンジニアリングを実現する第3の実験を可能にしました。この実験は、モアレ磁性の最初の実現を示し、モアレ物質の上昇分野を磁気モアレ超格子へと拡大したことです。

4. 次の研究課題を教えて下さい。

University of Wisconsin-Madisonで新しい研究グループを立ち上げることになり、とても興奮しています。この勢いを維持し、新しい技術を開発し、新しい材料系を探求し、最終的に新しい物理学を研究できればと思っています。

5. 最後に何かお考えは？

この賞は、私だけでなく、多くの素晴らしい研究者の功績を称えるものです。これらの研究を可能にしてくれた共同研究者や指導者たちのかけがえのない貢献に心から感謝しています。特に、私をここまで導いてくださった博士課程指導教官のXiaodong Xu教授とポスドク指導教官のSanfeng Wu教授に感謝したいと思います。また、オックスフォード・インストゥルメンツと、この賞を支援し開催してくださった委員会の皆様に心から感謝いたします。

Dr. Tiancheng Song
実験物理学者、Dicke Fellow at the ​​University of Princeton。2024年Lee Osheroff Richardson賞受賞。