学習院大学理学部

右図は、2次元電子系が実現される系の一例です。シリコンMOS型電界効果トランジスターの模式図。 MOSは、Metal-Oxide-Semiconductor（つまり、金属・酸化物・半導体）の頭文字です。 図のように、金属と酸化シリコンとシリコンのサンドイッチ状の構造をつくることで、金属と酸化シリコンのあいだ2次元電子系が実現されます。 実際の研究に用いられる試料の大きさは、1ミリにも満たない（典型的なサンプルは、1ミリかける 0.1ミリ程度）です。小さな試料の中に、量子力学の神秘を見せてくれる「2次元の宇宙」が生まれます（実用的な半導体素子は、さらに小さい）。

右図は、1978年の論文（Y.Kawaguchi,H.Kitahara and S.Kawaji: Surf.Sci.73 （1978） 520）にある2次元のアンダーソン局在の最初の実験結果です。2次元のアンダーソン局在の本質が理論的に理解されるのは、この実験以降です。

「量子ホール効果」とは、磁場をかけた2次元電子系で、ある種の電気抵抗の逆数がe2/hのちょうど整数倍の値だけをとるという不思議な現象です（eは電子の電荷で、hはプランク定数）。今では電気抵抗の標準にも用いられており、基礎的な物理としてだけでなく、応用の観点からもきわめて重要な現象です。

右図の上のグラフは、磁場を変化させたときの伝導率（抵抗の逆数）の変化を示します。伝導率は、タクシーの料金のように、磁場をかえても一定値を保ち、ときおり、次の「許される値」にジャンプします。伝導率がこのような「とびとび」の値をとるというのは、とても奇妙なことです。それ以上に、「半導体に電気を流す」という実験に、ミクロな世界の基本定数である e と h が顔を出すというのは、驚くべきことです。多くの物理学者がこの現象を研究したが、未だに、完全な理解は得られていません。

「量子ホール効果」を最初に観測したのは、川路氏と、川路研究室の出身者で当時の研究室の助手だった若林淳一氏（現在は、中央大学教授）です。右上の図は、1980年の王子国際セミナーで彼らが発表した、世界で最初の量子ホール効果の実験結果です（注：専門的になりますが、川路グループでは、量子ホール系のホール伝導率を測定しており、これは（量子ホール状態も、そうでない状態も含む）すべての磁場領域・電子濃度領域で正しい値だと考えられます。フォン・クリッツィンらも、独立に、ほぼ同時期に量子ホール効果の実験を行っています。彼らは、より測定の容易な抵抗率を測定したので、その測定値は、量子ホール状態のみで正確であると考えられます）。

川路研究室の40年以上の歴史の中で、6名の助手、約60名の大学院生、約170名の卒業研究生が、川路先生との共同研究に参加しました。

学部4年生の学生も、決して「お遊び」の研究をするのではなく、重要な研究の一端を担って一年間じっくりと研究するのが、物理学科の伝統です。川路研究室の学生、一人一人の研究が、長い目で見ると、「2次元電子系」の歴史の中で深い意味をもつ重要な研究を形作っているのです。

左の写真は1990年代の研究室の様子です。雑然としているようですが、並んでいる装置の総額を考えると気が遠くなるような、超一流の実験施設でした。