絶縁体の内部を動き回る未知の中性粒子を発見―熱のみを伝達する粒子の存在浮上：京都大学/東京大学/茨城大学
(2019年7月2日発表)
京都大学、東京大学、茨城大学の共同研究グループは7月2日、絶縁体の内部を動き回る未知の中性粒子を発見したと発表した。謎の粒子の存在が見つかったのは、イッテルビウム12ホウ化物（YbB12）という絶縁体物質。熱の運び手である電子の流れがないにもかかわらず、熱の伝導が認められたことから、熱のみを伝える中性粒子の存在が考えられるという。
物質は電気が流れるか流れないかで金属と絶縁体に分類されるが、電気の流れを生み出している金属中の電子は熱の運び手にもなっていることから、金属は電気も熱も伝導する。それに対し、絶縁体は電気が流れないため熱も伝わりにくい。
物質中の電気の流れは温度と関係しており、金属は温度の低下とともに電気抵抗が減少するのに対し、絶縁体では温度の低下に伴い電気抵抗が増大し、絶対零度においては無限大となって電気は流れない。
従って、金属は絶対零度近辺でも熱を伝えるが、絶縁体では熱は流れにくくなる。
イッテルビウム12ホウ化物（YbB12）は、低温で「近藤絶縁体」と呼ばれる電気を流さない状態になることが知られている。研究グループは昨年、絶縁体であるこのYbB12において、金属を特徴づける現象の一つである量子振動という現象が観測されることを見出した。
これは、YbB12が絶縁体とも金属とも区別することができない前例のない電子状態を持つことを示している。そこで、研究グループは物質を特徴づける重要な性質である熱的な性質に着目し、米ミシガン大学、米ロスアラモス研究所と共同で、この絶縁体に熱が伝搬する様子を詳細に調べた。
その結果、この物質は絶縁体であるにもかかわらず、熱伝導率が金属のような温度変化を示し、物質中にあたかも伝導電子が存在するかのような熱的性質を持つことが明らかになった。
YbB12は絶縁体なので、観測された金属のような熱的性質は伝導電子によるものではない。このことは、YbB12において電気的には中性である謎の粒子が存在しており、これが金属のように熱を運んでいることを示している。
今後これを解明すれば、物理学における新しい概念がもたらされることが期待されるとしている。
