東京大学は、ブルックヘブン国立研究所などの研究グループと共同で、スピン三重項の励起子が生み出す反強磁性励起子絶縁体について、イリジウム酸化物を用いた実験により、その存在を明らかにした。
東京大学理学系研究科の諏訪秀麿助教は2022年2月、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、スピン三重項の励起子が生み出す反強磁性励起子絶縁体について、イリジウム酸化物(Sr3Ir2O7)を用いた実験により、その存在を明らかにしたと発表した。
電子と正孔(ホール)の結合状態である励起子が、ボーズ・アインシュタイン凝縮を起こすと「励起子絶縁体」と呼ばれる状態となる。この現象は古くから理論的に予言されていたが、実際の物質でスピン三重項の励起子が凝縮して生じる励起子絶縁体は、これまで発見されていなかったという。
研究グループは今回、三重項励起子が凝縮して生じる状態の1つである「反強磁性励起子絶縁体」について、そのメカニズムを解明した。非磁性バンド絶縁体で電子間相互作用を考慮すると、三重項状態が安定化する。電子相互作用を強めていくと量子臨界点に達する。こうなるとバンド絶縁体が不安定となり、励起子がボーズ・アインシュタイン凝縮を起こす。さらに、量子臨界点を過ぎると、反強磁性励起子絶縁体が生じるという。
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