日本國立物質材料研究所（NIMS）日前評選出了本年度的NIMS獎三名獲得者，他們分別是安藤恆也（東京工業大學榮譽/名譽教授、東京大學名譽教授）、艾倫·小麥克唐納（德克薩斯大學奧斯汀分校物理可用能學教授）及巴勃羅·賈裏洛·埃雷羅（麻省理工學院塞西爾和艾達綠色物理可用能學教授），其中小麥克唐納和埃雷羅獲得的是團體獎。此次的授獎領域爲「表現量子效應的物質和結構等量子材料相關研究或引領量子材料創新應用的研究」，三人的研究爲利用石墨烯等終極二維物質的新一代量子器件開發開啟了突破口，安藤的「構築低維物質量子特性相關的理論基礎」，以及小麥克唐納和埃雷羅的「基於扭轉電子學的量子物理可用能先驅研究」被評爲世界一流的傑出成就。頒獎儀式及獲獎紀念演講預定於11月17日作爲NIMS Week的一個環節進行直播。
左：安藤恆也，中：艾倫·小麥克唐納，右：巴勃羅·賈裏洛·埃雷羅（圖片：國立物質材料研究所提供）
安藤教授着眼於電子傳輸現象中出現的量子效應和多電子相輔作用效應推進了開創性的研究，針對彈道導電、電導漲落、量子霍耳效應、邊緣態和量子混沌等有趣的量子效應，明確了很多相關理論。尤其是在半導體二維電子系統的量子效應研究中，明確了奈米碳管和石墨烯是本質上具有量子導電特性的低維材料，爲開拓碳奈米材料的研究領域做出了巨大貢獻。安藤教授的半導體二維電子系統的理論研究是爲二維材料的導電特性提供了學術基礎的先鋒研究，已成爲理解低維傳導不可或缺的理論階層。例如，決定二維電子導電性的散射因素分析就應用了安藤的理論，爲廣泛普及的硅MOS電晶體和GaAs異質接面構元件的特性評估做出了巨大貢獻。另外，利用量子霍耳效應的精密電阻標準器已經實施，其理論基礎也是安藤教授確立的。安藤教授關於奈米碳管和石墨烯的理論研究目前在低維凝聚態物理可用能學研究方面發揮着主導作用，並對物理可用能學、材料科學和電子工學等廣泛領域產生着長久的影響。
小麥克唐納教授對以略微不同的角度層壓的雙層石墨烯（扭曲雙層石墨烯）進行了理論研究，石墨烯的電子狀態會隨着扭曲角度的變化而變化，他預言，在特定的扭曲角度（魔角）下，會出現名爲「平皮帶」、它在量子力學上值得關注的電子狀態。具有平皮帶的物質非常有趣，電子相輔作用的效應會強化，並且有望表現出磁性和超導等有用的強關聯電子系統特有的物理性質。僅由碳原子構成的扭曲雙層石墨烯中出現強關聯現象，這項令人驚訝的理論研究結果極富開創性和啓發性。
埃雷羅教授開發了扭曲雙層石墨烯的製作技術，並透過實驗證明，在小麥克唐納指出的魔角附近會出現奇特的電子狀態。具體來說，在魔角附近發現了被認爲與電子有關的絕緣體相，另外還發現其附近會出現超導相。埃雷羅等人轉列的相圖與銅氧化物高溫超導體的相圖相似，這也引起了極大的關注，成爲扭曲雙層石墨烯及相關的材料研究放大式興起的契機。兩人的研究促成了「扭轉電子學」這種新的材料控制技術的開發。之後在理論上逐漸闡明瞭，扭曲雙層石墨烯的電子狀態處於一種不僅與強關聯效應有關，與拓撲也有關的非常奇特的狀態。另外，還興起了透過扭轉電子學控制三層和四層石墨烯及原子層過渡金屬二硫化物的物理性質的研究等，可以說兩人的研究成果開闢了新的領域。此外，兩人的成果還提供了有助於原子層物質器件化的新的物理性質控制方法，爲應用研究開闢了道路，在世界範圍獲得了高度的評價。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
