理化学研究所は、極性を持つ（上下の反転対称性が破れた）3次元の半導体物質「BiTeI（Bi:ビスマスTe:テルル I:ヨウ素）を使い、3次元物質における電子スピンのベリー位相（運動量（波数）空間内での電子スピンの幾何学的性質によって一意的に定まる量子力学的位相）の検出に初めて成功した。
共同研究グループは、結晶構造に極性を持つ3次元の半導体BiTeI単結晶の磁気抵抗率の量子振動（電気抵抗率が磁場の関数として振動する）を測定した。その結果、スピン軌道相互作用によって電子の運動方向とスピンの向きが連動する「ラシュバ型電子スピン構造」が持つベリー位相の検出に成功した。
この物質固有の非常に大きな電子スピン分裂エネルギーによる電子スピン偏極で、環状のラシュバ型電子スピン構造が強磁場中でも安定して存在するため、量子振動の解析からスピン構造の幾何学性により定まるベリー位相値を実験的に検証することができた。
ベリー位相の定量的な解析によって物質中の電子スピンの振る舞いを読み解くことが可能になれば、多様な物性の理解が進み、新しい量子現象の開拓やスピントロニクス分野への応用につながるものと期待される。
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