田財里奈 基础物理学研究所助教、山川洋一 名古屋大学講師、紺谷浩 同教授の研究グループは、カゴメ格子構造の金属化合物で創発する新奇な相転移―ナノスケールのループ電流秩序―を解明する理論を発見しました。
2019年に発见されたカゴメ格子金属础痴3Sb5(础=颁蝉,搁产,碍)は几何学的フラストレーションを有する新种の超伝导体ですが、そこではナノスケールのダビデ星型パターンを伴う电荷秩序や超伝导など、実に多彩な电子状态が実现します。中でも「ループ电流秩序」は、ナノスケールの电流が减衰せず流れ続ける、极めて不思议な电子状态です。しかし永久电流を伴う状态が安定して存在できる理由は未解明でした。
本研究では、カゴメ金属のループ电流秩序の理论机构を、场の量子论に基づき解明しました。フラストレーションにより増大した电子の量子揺らぎ（不确定性原理に基づく电子の运动）が糊となり、电子と正孔（电子の空孔）が特殊な束缚状态を组むことを见出しました。惊くべきことに、この束缚状态の振幅は虚数となり、自由电子への有効磁场を与えるため、永久ループ电流が流れます。本研究は、カゴメ金属の多重相転移を理论的に解明し、様々な金属への応用が期待されます。
本研究成果は、2023年11月29日に、国際学術誌「Nature Communications」に掲載されました。
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【书誌情报】
Rina Tazai, Youichi Yamakawa, Hiroshi Kontani (2023). Charge-loop current order and Z? nematicity mediated by bond order fluctuations in kagome metals. Nature Communications, 14:7845.
