2022年02月18日

東大ら，反強磁性型の励起子絶縁体を初めて発見

著者： sugi

東京大学，米ブルックヘブン国立研究所，スイスポールシェラー研究所，米テネシー大学，米アルゴンヌ国立研究所，米オークリッジ国立研究所，中国科学院，中国上海科技大学は，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た（ニュースリリース）。

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る。

ここで励起子の量子力学的性質に注目すると，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たが，三重項励起子の凝縮には特別な結晶構造と絶妙な相互作用バランスの両方が必要となるため，スピン三重項の励起子が凝縮した物質は見つかっていなかった。

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た。

この成果により今後，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るという。研究グループは，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るとしている。

キーワード：

記事一覧

九州大ら，静水圧を利用してiSFの制御に成功

九州大学と慶應義塾大学は，力学的な外部刺激の一種である静水圧を利用して，分子内SF過程（intramolecular SF，iSF）を制御することに成功した（ニュースリリース）。光エネルギーを効率的に利用することは，エ…
2025.11.04
分子研ら，三重項励起子が短波長光を生じる様子観測

分子科学研究所，神戸大学，東京工業大学は，近赤外光を高効率に可視光へ変換可能な有機薄膜固体内部における電子スピンのミクロな運動を調べ，中間体として生成する三重項励起子が固体内部の回転拡散運動でスピン状態を変化させて短波長…
2024.03.14
東大ら，励起子絶縁体に擬ギャップ状態を観測

東京大学と早稲田大学は，フェムト秒赤外パルスレーザーをポンプ光，その高次高調波の極紫外パルスをプローブ光とする時間分解角度分解光電子分光を用いた詳細な測定により，Ta2NiSe5が光励起によって励起子絶縁体から半金属に遷…
2023.11.29
学習院大ら，光と原子の基本的相互作用を精密に計測

学習院大学と東京工業大学は，極低温のルビジウム原子集団を用い，光による原子のエネルギー変化を，従来にない精度で計測できる新たな手法を開発した（ニュースリリース）。光と原子の相互作用のうち最も基本的なものの1つとして，光…
2023.05.18
東大，ボース・アインシュタイン凝縮体を可視化

東京大学の研究グループは，巨視的な量子現象である3次元半導体中での励起子ボース・アインシュタイン凝縮体（BEC）を直接可視化することに成功した（ニュースリリース）。ボース・アインシュタイン凝縮は，量子統計性という量子論…
2022.09.16
理研ら，励起一重項と三重項のエネルギー逆転を実現

理化学研究所（理研），山形大学，北海道大学は，一重項励起状態と三重項励起状態のエネルギーが逆転した発光材料を実現した（ニュースリリース）。「同一の電子配置において，最大のスピン多重度を持つ状態が最低エネルギーを持つ」と…
2022.09.15
慶大ら，光吸収による励起子反応効率200%を達成

慶應義塾大学と神戸大学は，有機材料の光照射により吸収された光子数に対して二倍の励起子へ変換する「一重項分裂」の高効率化による有用なエネルギー利用の実現に向けた新たな材料設計の新概念を提案し，実証実験にて励起子生成効率20…
2022.01.14
工繊大，安定なポラリトン状態の室温凝縮を実現

京都工芸繊維大学の研究グループは，光と物質間のハイブリッドな量子状態であるポラリトン状態が，全無機ペロブスカイトにより，新しい形態で形成されることを示した（ニュースリリース）。光の波長サイズの狭い領域に光波を閉じ込める…
2022.01.05