物理学に於ける「アンダーソン局在」とは何か？

アンダーソン局在とは？

アンダーソン局在とは、不規則なポテンシャルを持つ系における電子の動きが、特定の場所に局在化してしまう現象です。これは、1958年にフィリップ・ウォーレン・アンダーソンによって発見され、彼の名前が付けられています。

通常の金属では、電子は結晶格子の周期的なポテンシャルの中で自由に動き回ることができ、電流を流します。しかし、不規則なポテンシャル、例えば不純物や欠陥が存在する場合、電子は散乱され、その動きは制限されます。

アンダーソン局在は、この散乱が十分に強くなると、電子が特定の場所に閉じ込められてしまい、もはや自由に移動できなくなる現象です。このとき、電子は局在化した状態になります。

アンダーソン局在の特徴

アンダーソン局在の特徴は、以下のとおりです。

• 電子の移動度がゼロになる: 局在化した電子は、もはや電流を流すことができません。

• 伝導度がゼロになる: 伝導度とは、電流が流れやすさを示す指標です。アンダーソン局在では、伝導度がゼロになります。

• エネルギーギャップが存在する: 局在化した電子は、特定のエネルギー準位に閉じ込められます。その結果、エネルギーギャップが生じます。

• 次元依存性: アンダーソン局在は、一次元、二次元、三次元で異なる振る舞いを見せます。一次元では、すべてのエネルギーで局在化が起こりますが、三次元では、局在化が起こるのは特定のエネルギー範囲のみです。

アンダーソン局在の応用

アンダーソン局在は、以下の分野で応用されています。

• 固体物理学: アンダーソン局在は、半導体や絶縁体の電気伝導特性を理解する上で重要です。

• 光学: アンダーソン局在は、光波の伝播にも影響を与え、光学デバイスの設計に役立ちます。

• バイオロジー: アンダーソン局在は、タンパク質のフォールディングや遺伝子発現の制御にも関係していると考えられています。

アンダーソン局在の例

アンダーソン局在の例として、以下のものが挙げられます。

• 不純物半導体: 不純物が混入した半導体は、不規則なポテンシャルを持つため、アンダーソン局在が発生します。

• アモルファス材料: アモルファス材料は、規則的な結晶構造を持たないため、不規則なポテンシャルを持つため、アンダーソン局在が発生します。

• 乱雑な光ファイバー: 乱雑な光ファイバーは、光の伝播を乱すため、アンダーソン局在が発生します。

まとめ

アンダーソン局在は、不規則なポテンシャルを持つ系における電子の動きが局在化してしまう現象です。この現象は、電子の移動度や伝導度がゼロになるなど、さまざまな特徴を持ち、固体物理学、光学、バイオロジーなど、多くの分野で応用されています。

【出典/AI  Cici】