では上のようなバンド構造を持つ絶縁体、半導体、金属の光スペクトルはどうなるのでしょうか。　下図を見てください。

上図：エネルギーギャップΔを持つ絶縁体・半導体（左）および金属（右）のバンド構造、反射スペクトルR(ω)、光学伝導度スペクトルσ(ω)の模式図。ε_Fはフェルミ準位を表す。（光学伝導度は光の振動数における交流伝導度のことで、実験で測定したR(ω)をクラマース・クローニッヒ解析という方法で解析する事によって得られます。σ(ω)は強相関電子物質の電子状態を考察する際に、よく用いられます）　実際の物質のスペクトルはもっと複雑ですが、それでも以上の単純なケースを元に考察することにより、その電子状態に関して多くの情報が求まります。なおプラズマ反射、ドルーデピーク、バンド間遷移などの意味、そして強相関物質で実際にどのような光スペクトルが観測されるかについては、研究トピックス（１）および（４）を見てください。

赤外線（Infrared ray）とは波長が1-100 μm程度の光（電磁波）のことです。フォトン（光子）エネルギーにして10 meVから1 eV程度に相当するこの領域で物質の光スペクトル（反射スペクトルなど）を測定すると、プラズマ振動や各種のエネルギーギャップなど、フェルミ準位（物質中で電子が占める最も高いエネルギー準位）近傍の電子のダイナミクスや励起状態に関する情報がエネルギーの関数として得られます。このような情報は電気抵抗や磁化、比熱など基礎物性（マクロ物性）だけでは求まらないため、物性の起源を考察する上で非常に強力な研究手法となります。また赤外線の振動数領域には多種多様な有機分子の指紋とも言える固有振動数や、固体における格子振動（フォノン）が含まれており、電子状態に加えてこれらの振動状態の情報も多く求まります。以上をまとめたのが下の図です。

シンクロトロン放射光（SR）とは、上の左図のように光速近くまで加速された電子線の軌道を磁場で曲げた際に生じる光であり、X線から赤外線まで広い波長範囲にわたる白色光です。SRの最大の利点はその高輝度性、つまり光源の実質的サイズが小さく指向性も高いため、試料上の微小な領域に大きな光強度を集中できる点にあります。日本は世界的に見てもSR大国であり、私たちが研究を行う大型放射光施設SPring-8（上の右図の写真、播磨科学公園都市）以外にも、極端紫外光実験施設UVSOR（愛知県岡崎市・分子科学研究所）、Photon Factory（つくばKEK）、さらに立命館大学、広島大学、佐賀大学にも放射光施設が稼働しています。

さてSRの花形はX線の領域ですが、ずっと波長が長い赤外線の領域においても、SRの高輝度性は従来の赤外光源に比べて大きな魅力となります。すなわち従来の赤外光源である熱光源（高温に熱したセラミクスからの黒体輻射）に比べて、高輝度な赤外SRではずっと高い光強度を試料上の微小領域へ集中させることができます。

上図はSPring-8において、試料位置における赤外放射光と熱光源の光強度の２次元分布を測定したものです（左右の図で縦軸スケールが違うことに注意）。SPring-8の赤外放射光は熱光源に比べて単位面積当たり100倍以上強い（高輝度である）ことがわかります。

このような赤外放射光の高輝度性を活かした実験を行うための専用実験設備（ビームライン、BL）は1986年難波らによりUVSORで初めて立ち上げられ、その後米国ブルックヘブン国立研究所の放射光施設NSLSを始め、欧米各国のSR施設で相次いで建設されました。その後1999年にSPring-8の赤外ビームラインBL43IRが建設されましたが、その建設には私たち神戸大学グループ（当時は難波研究室）も設計段階から多くの貢献をしました。現在私たちは「高圧における赤外分光」、「近接場光学技術を応用した超解像顕微FT-IR開発」という２つのプロジェクトをBL43IRで推進しています。更に詳しくは研究トピックス（３）を参照してください。

圧力や磁場、電場などの外場によって物質の特性を制御する方法は、昔から用いられてきました。特に圧力の印加は結晶格子を縮めることにより、原子間隔やイオン半径に敏感に依存する物質パラメーター、例えば電子の混成やバンド幅などを効率よく制御することができます。特に強相関物質では電子相関（電子の相互作用）がバンド幅や電子混成エネルギーと比べて無視できないため、圧力の印加がこれらパラメーター間の微妙なバランスを崩して劇的な物性変化を誘起する場合があります。例えば圧力を加えることによって金属・絶縁体転移や重い電子状態が誘発されたり、あるいは常温では超伝導体にならない物質が高圧下で超伝導になる例もあります。例えば最近発見されたSrFe₂As₂という物質では4万気圧の圧力下で、34 Kというかなり高い温度で超伝導になることが見いだされて興味を集めています。

このように高圧力で誘起される異常物性は大変興味深く、その起源となる電子状態に当然興味がもたれます。しかし高圧実験では試料を圧力発生装置に封入する必要があるため、電子状態を研究するスペクトロスコピー手法として上で述べた光電子分光やトンネル分光は高圧実験が技術的に不可能です。しかしダイヤモンド・アンビル・セル（DAC）という圧力発生装置を用いれば、高圧での赤外分光は可能です。DACで試料に加圧するために使われるダイヤモンドは赤外線に対してほぼ透明だからです。図にDACによる赤外分光の原理を示します。

しかしながらDACによる高圧赤外分光は決して容易ではありません。数万気圧以上の圧力を発生するにはダイヤ先端の直径は1 mm未満となり、使える試料の大きさはたかだか0.1~0.2 mmです。しかも上の図のように、ダイヤの奥に挟まったこのような微小試料と反射標準の金ミラーを区別して正確に赤外線を照射しなければなりません。上で述べたように従来の赤外光源の輝度は低いためこのような実験は難しく、これはまさに赤外放射光の高輝度性が威力を発揮する実験と言えます。私たちはSPring-8の赤外ビームラインBL43IRにおいて高輝度赤外放射光とDACを用いることにより、様々な強相関物質の高圧赤外分光を行っています。現在のところ最高圧力40 GPa（40万気圧）の高圧力で、中赤外、遠赤外の測定が可能で、かつ低温測定もできます。この実験技術は現在世界でも最先端にあります。下図はこの装置を用いて測定したデータの例です。

この図はYbSの赤外反射スペクトルの圧力依存性のグラフです。YbSは常圧では絶縁体ですが、高圧下で反射率が急激に増加しています。これは上で既に述べた自由電子によるドルーデ応答（プラズマ反射）であり、高圧下でYbSは金属へ転移することが明快に示されています。

さらに詳しい説明、他の物質での高圧赤外実験の結果については、研究トピックス（４）を参照してください。