采访了研究生院理学学科　物理科学专业　木村昭夫（Kimura Akio） 副教授

（2009.3.19 校长办公室  宣传小组）

木村副教授的专业是固体物理学。其中可以说毕生事业的研究中心是“光电子光谱法”。在利用电子和光的性质的光电子光谱法的实验中，可以知道各种固体中的电子状态。光电子光谱法的实验利用了本校的同步辐射科学研究中心。同步辐射科学研究中心中有在纳米级（1纳米＝1/10亿米）创造，观察和评估物质的各种设备。通过利用同步辐射的光电子光谱法实验，将物质的大小缩小到原子单位，观察电子状态，研究原子单位的结构。

※木村副教授与千叶大学研究生院融合科学学科的坂本一之副教授，金泽大学理工学研究室的小田龙树副教授联合研究，在世界上首次观察到了给自旋电子学带来技术革新的半导体电子自旋现象。这个研究成果发表于美国科学杂志“Physical Review Letters”（2009.3.6出版）上。

物质的形态有固态，液态和气态。物质不断分割，则到了“原子”这个单位。原子由中心的原子核和在周围旋转的电子组成。
光（具有某种能量的光）照射到固体，受到光的能量，固体中的电子会运动以来。这就是“光电效应”。木村副教授热情地说，“测量这个运动起来的电子（光电子）的个数的能量函数就是光电子光谱法。采用这个方法可以了解物质中的电子状态。光电子光谱法在日常生活中用于元素分析（比如，含有多少铁）等。还能搞清目前还没搞明白的超导的机制（为什么能超导？）”。
光的种类中，有“真空紫外线”和“软X射线”。这2种特殊的光被大气吸收，因此是地球上得不到的光。木村副教授的研究室利用我们身边没有的特殊光的同步辐射，进行光电子光谱法的实验。

同步辐射科学研究中心内的实验装置

木村副教授说，围绕原子核旋转的电子是像陀螺围绕一个轴旋转那样自转。这称“电子自旋”。自转有左转和右转，自旋（轴）的方向有向上，向下，横向，斜向。通常可以根据来自外部的“磁场”控制方向。
固体结晶中有无数电子。磁铁发生强磁性，使所有的旋转方向向同一方向旋转。但是，非磁性物质的旋转方向不一致，不会产生磁性。
 

对于固体，原子很有规则地排列在立体空间。用物理专业词汇说就是“具有平移对称性”。
在结晶内部，将固体切成两半时，在切口表面会发生什么？切成两半的切口表面，由于结晶的一半没了，就没了原子排列的规则性。这种在结晶上失去存在的对称性称为“对称性破缺”。

木村副教授说，“在切断的表面，原子仅具有2维的周期性，因此，电子的运动被限制于平面。成为2维结构的表面的电子，自旋的方向不一致。从表面垂直方向给于电位梯度，则产生自旋极化电子，自旋指向同一方向。并且不仅磁性体物质，即使是非磁性体物质也会产生极化。这是“Rashba效应””。木村副教授接着说，“从这里开始的是这次发现的内容”。

结晶结构模型。这个规则结构继续纵，横，上，下。

切断的结晶的模型。显示“对称性破缺”。

在这次实验中，将铊吸附于半导体器件通常使用的硅表面，调查了表面的电子能量带结构和其电子自旋。
作为观测表面的电子状态的方法，采用使用光电效应的光电子光谱法进行测量实验。照射某个波长的光，用运动能量函数测量释放的电子个数。
木村副教授兴奋地说，“以前的实验观测通常仅用左右方向的电子自旋检测器进行测量，这次的实验还使用了上下方向的检测器。这样观测到了以前从没观测到的“自旋垂直直立”的状态”。
木村副教授说明道，“自旋垂直直立的表面结构的条件是切断表面具有特殊的结构。以表面之一的原子为中心，即使每旋转120度也具有相同排列结构。这叫“3次对称性”。这是二维结晶的对称性。但是，如果沿着这个方向放上镜子，就不是左右对称。这个实验发现，这个镜子不具有对称性的结构是自旋垂直直立的原因”。

木村副教授将切断面的表面旋转120度，说明3次对称性。

木村副教授高兴地说，“使用这次实验结果观测到的垂直直立的自旋，能大幅度提高信息传递效率，能实现器件的高速化，多功能化，能量低消耗化。说得夸张一点，只要有一个直立的电子就能传递信息”，对下一代半导体器件充满期待。

木村副教授说，“物理学很有趣”。
木村副教授接着说，“对一个现象要问为什么会这样，这很重要。不仅研究，日常现象也都与物理有关。比如，最近的HDD都宣传“采用垂直磁记录”，“为什么垂直？”，希望人们对常见的物理科学感兴趣”。

讨论班风景

研究人员和学生在中心内。

      
教授说，“广岛大学有同步辐射科学研究中心。该中心在校园内，学生使用很方便，可以像在实验室一样做同步辐射实验”，可以利用中心实验同步辐射，条件很好。
木村副教授鼓励专心同步辐射研究的学生道，在世界各国的研究人员利用的“HiSOR（广岛大学同步辐射科学研究中心）”实际感受第一线的研究，自己也参与研究，踏上社会后，把学到的知识用于工作中。
 

后记

笔者被木村副教授的“深夜，看到实验数据时真令人激动。因为看到了谁都没见到过的现象。不过，也有忽视的时候。所以不要忽视非常重要。有时真的很辛苦，但是因为感兴趣，所以再辛苦也不觉得”的话深深感动了。
采访结束后，木村副教授陪我参观了同步辐射科学研究中心。中心中有许多学生，面对实验机器专心做实验的“年轻研究人员”的身影给我留下了深刻的印象。（W）