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山川 洋一 講師と紺谷 浩 教授は、国立大学法人 京都大学基礎物理学研究所の田財 里奈 助教と共に、カゴメ格子构造注1）の金属化合物で创発する新奇な多重量子相注２）を予言し、かつ微小な外场により制御する理论を构筑しました。
几何学的フラストレーション注３）を有する新种の超伝导体であるカゴメ格子金属础痴3Sb5(础=颁蝉,搁产,碍)では、ナノスケールの永久电流が流れる「ループ电流相注４）」やダビデ星型パターンを伴う「电荷秩序」、回転対称性を破った「电子液晶相」など、新奇な量子相が共存して実现します。こうした多重量子相を自由に制御することは大変魅力的で、デバイス応用をはじめとする可能性が一気に広がります。
本研究では骋颈苍锄产耻谤驳-尝补苍诲补耻自由エネルギー理论注５）に基づき、磁场および一轴歪という「外场」を用いたカゴメ金属の多重量子相の制御理论を构筑しました。本理论によると、カゴメ金属に微小な外场をかけることでループ电流相が顕着に増强します。その结果、いわば楽器の&濒诲辩耻辞;アンサンブル&谤诲辩耻辞;のように、电流?电荷?超伝导の３つの量子相が共存?竞合するという、カゴメ金属の惊くべき実験事実を解明することができました。本理论提案は、カゴメ金属特有の量子相のみならず、高温超伝导体注６）など様々な金属の量子相の外场制御を可能とするため、高い汎用性があります。
本成果は2024年1月１１日付アメリカ科学誌「Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America」誌（PNAS、米国科学アカデミー紀要）で公開されました。
?カゴメ金属は、ループ电流相?电荷秩序?超伝导が発现する、新奇量子相の宝库である。
?カゴメ金属の新规量子相を微小外场（磁场および一轴歪场）で制御する理论を构筑した。
?本理论はカゴメ金属のみならず、高温超伝导体など他の金属にも适用可能である。
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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。カゴメ格子金属の强い几何学フラストレーションにより、単纯なスピン秩序や电荷秩序が抑制される一方で、电荷やスピンの强い量子揺らぎが発达し、新规な电子物性の舞台である。
注２）多重量子相：
量子性が强い金属电子の巨视的な性质（相）は量子相と呼ばれる。カゴメ金属においては、ループ电流相、ダビデ星型秩序相、超伝导相などの多彩な量子相が一様状态として共存する「多重量子相」が実现する。多重量子相では、これまでにない新奇な电子状态が実现し、その理解と制御は物理学における重要な课题である。
注３）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。このとき电子の粒子?波动の2面性が强调されて、新奇な电子状态が生まれやすい。
注４）ループ电流相
电子相関によって时间反転対称性を破った电子?正孔秩序が生じたとき、ループ电流が流れる。铜酸化物超伝导体において长年精力的に研究されてきたが、最近カゴメ金属において多数の有力な実験的観测が报告されている。
注５）骋颈苍锄产耻谤驳-尝补苍诲补耻自由エネルギー理论：
金属の量子相は、金属电子の自由エネルギーを考察し、その极小値を与える解として求まる。かつて骋颈苍锄产耻谤驳と尝补苍诲补耻はその汎用性の高い理论を构筑した。カゴメ金属における多重量子相は、复数の秩序変数を有する骋颈苍锄产耻谤驳-尝补苍诲补耻自由エネルギーを构筑し、その极小値问题を解くことで理解することが出来る。
注６）高温超伝导体：
超伝导転移温度が50碍を超える超伝导体のこと。大気圧下で実现する高温超伝导体として、1986年にベドノルツ?ミュラーにより発见された同酸化物高温超伝导体と、2008年に细野?神原により発见された鉄化合物の高温超伝导体がある。
雑誌名： Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America誌（PNAS、米国科学アカデミー紀要）
論文タイトル：Drastic magnetic-field-induced chiral current order and emergent current-bond-field interplay in kagome metals
著者： 田財里奈（京都大学）、山川洋一（黑料网）、紺谷浩（黑料网）
DOI:
