名大,MATBGに自発的回転対称性の破れ機構を観測

名古屋大学の研究グループは,ツイスト2層グラフェン(MATBG)における,自発的回転対称性の破れの発現機構を新たに発見した(ニュースリリース)。

2層のグラフェンをわずかに回転させて積層したツイスト2層グラフェンは,クーロン相互作用や電子数の制御可能な新しい強相関電子系として注目されている。研究グループは,魔法角と呼ばれる1.1°回転させたツイスト2層グラフェンにおいて,回転対称性が自発的に破れたネマティック秩序を観測した。

近年,強相関電子系において,高温超伝導のメカニズムに関係すると考えられているネマティック秩序に注目が集まっているが,研究では,MATBGのネマティック秩序の発現機構が,従来の強相関電子系には存在しない,バレー自由度とスピン自由度を複合した,新規自由度の揺らぎの干渉であることを発見した。

この研究で得られたネマティック秩序は,量子揺らぎによって融解する時にネマティック量子揺らぎをもたらす。このネマティック量子揺らぎは,エキゾティックな物理現象の源であり,例えば,超伝導のクーパー対を形成する際の,強力な糊としての役割を果たすという。

従ってこの研究は,MATBGにおける超伝導発現機構の解明のカギを与えるものだとする。また,ネマティック秩序のような空間一様な秩序だけではなく,空間非一様な秩序や,カレント秩序も同じ理論の枠組みで取り扱うことが可能なため,この理論による,強相関電子系の秩序状態の統一的理解が期待されるという。

今回得られたネマティック秩序は,ディレクターの制御が可能であるため,新規デバイスへの応用が期待される。ネマティック秩序の近傍で超伝導が現れるため,研究グループは今回の成果について,MATBGの超伝導のメカニズムの解明及び,強相関電子系高温超伝導体の超伝導転移温度向上に繋がることが期待されるとしている。

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