東京大学理学系研究科の諏訪助教は、ブルックヘブン国立研究所、ポールシェラー研究所、テネシー大学、アルゴンヌ国立研究所、オークリッジ国立研究所、中国科学院、上海科技大学の研究グループと共同で、電子と正孔の結合状態が生み出す反強磁性型の励起子絶縁体を実験と理論の両面から新たに発見しました。

物質中で電子のペアがボーズ・アインシュタイン凝縮と呼ばれる現象を起こし超伝導体を生み出すのと同様に、電子と正孔の結合状態である励起子が凝縮することで励起子絶縁体と呼ばれる状態を生じさせます。ここで励起子の量子力学的性質に注目しますと、スピン一重項の励起子が凝縮して生じる励起子絶縁体についてこれまで精力的に研究されてきましたが、スピン三重項の励起子が凝縮した物質は見つかっていませんでした。共同研究グループは、イリジウム酸化物Sr₃Ir₂O₇に対する共鳴非弾性X線散乱実験と理論計算から、三重項励起子が凝縮した反強磁性型の励起子絶縁体であることを明らかにしました。

今後、三重項励起子のボーズ・アインシュタイン凝縮現象に関する実験的検証と操作が可能になります。反強磁性励起子絶縁体における電子の電荷・スピン・軌道自由度の役割がさらに明らかになり、量子マテリアルのデザインと応用につながると期待されます。

詳細については、以下をご参照ください。

• 理学系研究科 プレスリリース：https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2022/7775/
• 論文URL：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28207-w