大阪市立大学と東京大学，大阪大学らの研究グループは，微細加工技術を用いて作製された人工原子中の量子液体における電流ゆらぎを，世界最高水準の測定技術により精密に測定することによって，理論的に予測されてきた非平衡状態にある量子液体の挙動を詳細に明らかにすることに成功した（ニュースリリース）。

多数の粒子が互いに量子力学的に影響を及ぼしあうとき，粒子一個の性質からは全く想像できないような奇妙な振る舞いを示すことがある。このような現象を量子多体現象と呼び，そのような現象を示す粒子の集団のことを量子液体と呼ぶ。

これまで，量子液体に流れや変化がある場合，すなわち，量子液体が非平衡状態にある場合の振る舞いについては，ほとんど解明されていなかった。

研究グループは，近藤効果によって形成された量子液体の性質を，平衡状態から非平衡状態まで精密に調べた。近藤効果は，固体中の電子スピンが，その周りの伝導電子スピンと結合した状態（近藤状態）を作ることによって生じる量子多体現象の一つ。

理論的には，近藤状態は一つのスピンと多数の伝導電子とによって形成される量子液体であることが確立している。これまで，近藤効果に対する多くの実験的研究においては，巨視的なサイズの試料を用いて，多数のスピンを含んだ集団の平均的な性質を調査する方法がとられてきた。

それに対して，微細加工技術を使って作製される「人工原子」と呼ばれる微小な電子回路では，電子の数を一個ずつ制御できるため，たった一個のスピンによって引き起こされる近藤効果を，現象に関わるあらゆるパラメータを制御しながら研究することができる。

したがって，近藤状態にある人工原子は，非平衡状態も含む量子液体についての理論を，理論に忠実な形で高い精度で検証できる理想的な電子回路となっている。研究グループは，カーボンナノチューブを用いて作製した人工原子における近藤効果の研究を行なった。

人工原子に導線をつなぎ，通過する電流を測定することによって，人工原子の状態を精密に調べることができる。この研究は，人工原子に加える電圧や磁場などを制御することによって，理想的な近藤状態を実現した。

さらに，電流だけではなく，電流に含まれる「電流ゆらぎ（雑音）」を世界最高水準の測定技術で精密に調べた。その結果，一個のスピンによる近藤状態だけでなく，二個の場合や，電子軌道が複数ある場合などの，多彩な近藤効果について，有効電荷を高精度で検出した。

有効電荷とは，近藤状態を電流が流れる場合に，電子が近藤状態によって跳ね返される様子を表す量のこと。この実験によって，近藤状態においては，1粒子の伝導過程のみではなく，電子正孔対の励起を伴う結果として，二個の電子が関与する伝導過程があり，それによって有効電荷が通常の値よりも増大することが分かった。

この有効電荷から，量子液体を特徴づける量「ウィルソン比」を求めることができ，研究グループの人工原子が，非平衡状態にあるにもかからず，極めて強い量子多体現象を示していることを実証した。

この有効電荷とウィルソン比は，最新の非平衡近藤効果に関する理論の予言と高い精度で一致した。また，理論を検証しただけでなく，これまでに知られていなかった有効電荷の新しい性質を実験的に確立した。

この研究は，典型的な量子多体現象である近藤効果によって形成される量子液体を用いて行なわれたもの。量子多体現象は，長年にわたって物理学の中心的な課題の一つだが，極めて高い精度で理論の検証に成功したこの成果は，物質の新しい性質・機能を見いだすなど，今後の研究の発展に貢献していくものだとしている。

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