国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院理学研究科の田財 里奈 特任助教、山川 洋一 講師、大成 誠一郎 准教授、紺谷 浩 教授の研究グループは、カゴメ格子構造注1）の金属化合物颁蝉痴3Sb5において、创発するユニークな相転移现象注2）―ダビデ星型电荷秩序注3）や非従来型超伝导注4）―を统一的に説明する理论を発见しました。
物质中の电子の豊かな物理现象は、现代物理学の重要なテーマです。量子力学注5）に従う电子は粒子と波の2面性を持ち、波として自由に遍歴するときは金属に、粒子として原子上に局在するときは絶縁体になります。ところが近年、粒子性と波动性を併せ持つ「液晶的な电子秩序注6）」が相次いで発见されました。量子液晶は、外场に対する敏感な応答性などの、豊かな机能性が注目を集めています。しかし、なぜ液晶秩序が生じるのかという根源的な疑问が未解明でした。
カゴメ格子金属颁蝉痴3Sb5は、几何学フラストレーション注7）を有する新種の超伝导体であり、そこで発現するダビデ星形状の秩序は、新手の量子液晶として注目を集めています。本研究では、几何学フラストレーションによって電子の量子性が強調され、粒子性と波動性を両立させるダビデ星型秩序が創発することを見出しました。さらにダビデ星型秩序は、大変ユニークな超伝导をもたらすことがわかりました。本理論は様々な量子液晶系への応用が期待されます。
本研究成果は、2022年４月2日午前4時（日本時間）付アメリカ科学誌「Science Advances」に掲載されました。
本研究は、2019年度から始まった文部科学省 新学術領域研究「量子液晶の物質科学」の支援のもとで行われたものです。
?新規カゴメ格子金属颁蝉痴3Sb5において、創発するユニークな相転移「ダビデ星型電荷秩序や非従来型超伝导」を統一的に説明する理論を発見した。
?ダビデ星型秩序は、几何学フラストレーションと量子効果の協力が生み出す新規な相転移である。ダビデ星型秩序が融解する際の量子揺らぎが、多彩な超伝导をもたらす。
?本理论は様々な量子液晶系への応用が期待される。
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注1）カゴメ格子构造：
竹笼の网目模様に类似した2次元格子构造。竹ひごの交点に原子を配置するとカゴメ格子が得られる。カゴメ格子金属は强い几何学フラストレーションを有し、新规な电子物性の舞台として注目を集める。
注2）相転移现象：
温度や圧力を変えることで巨視的な性質（相）が変化する現象。金属電子は電荷秩序、磁気秩序、超伝导など多彩な相を示し、これらの相を自由に制御することは物性物理の重要な目的である。
注3）ダビデ星型电荷秩序：
カゴメ格子上の近接する12原子がひとつのクラスターを形成し、クラスター上に电子が広がって存在する状态。
注4）超伝导：
電気抵抗が完全にゼロになる金属の相転移。金属中の多数の電子がクーパー対と呼ばれる電子対を組むことで起きる。クーパー対の形成機構が電子格子相互作用である場合を従来型超伝导、電子間斥力である場合を非従来型超伝导と呼ぶ。
注5）量子力学：
电子などのミクロな粒子の运动を司る物理法则のこと。量子力学よると、电子は粒子としての性质（粒子性）と波としての性质（波动性）という2重性をあわせ持つ。これは不确定性原理と呼ばれる。
注6）液晶的な电子秩序：
电子波动関数が复数原子にまたがるクラスターを自発的に形成して実现する、回転対称性や并进対称性が破れた电子状态。电子が系全体を遍歴する金属状态と、原子上に局在した絶縁体状态との中间的な电子状态であり、电子の波动性と粒子性を両立させる最适状态といえる。电子液晶ではこれまでにない机能性や応答性を持つ巨视的状态が発现する。
注7）几何学フラストレーション：
カゴメ格子が有する叁角形构造は、电子の磁気秩序や电荷秩序を着しく抑制する効果があり、几何学フラストレーションと呼ばれる。このとき电子の量子性（粒子?波动の2面性）が强调されるため、エキゾティックな电子状态が生まれやすい。
雑誌名：Science Advances
論文タイトル：Mechanism of exotic density-wave and beyond-Migdal unconventional superconductivity in kagome metal AV3Sb5 (A=K, Rb, Cs)
著者：田财里奈、山川洋一、大成诚一郎、紺谷浩
DOI: 10.1126/sciadv.abl4108
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