重い電子がプランキアン時間で運動していることをはじめて観測~強く相互作用した電子の新たな法則を発見~

2025-08-20 大阪大学

大阪大学木村真一教授らの研究グループは、セリウム・ロジウム・スズ合金(CeRhSn)における「重い電子」の寿命が量子力学的ゆらぎの最短時間である「プランキアン時間」で制限されることを世界で初めて観測した。重い電子は、希土類元素の局在4f電子と伝導電子の強い相互作用(近藤効果)で生じ、特殊な超伝導や巨大磁気応答を示す強相関電子系の代表例。本研究では赤外・テラヘルツ分光を駆使し、CeRhSnの非フェルミ液体状態において電子寿命がプランキアン時間に一致することを明確化した。これは強く相互作用した電子が量子もつれ状態にあることを意味し、量子臨界現象の理解を進めるとともに、新しい原理に基づく量子コンピュータ開発への応用可能性を示す成果である。本研究結果は国際誌「npj Quantum Materials」に掲載された。

重い電子がプランキアン時間で運動していることをはじめて観測~強く相互作用した電子の新たな法則を発見~
図1. CeRhSn上のもつれた重い電子の概念図

<関連情報>

異方性非フェルミ液体と準カゴメ近藤格子系の動的プランクスケール化 Anisotropic non-Fermi liquid and dynamical Planckian scaling of a quasi-kagome Kondo lattice system

Shin-ichi Kimura,Muhammad Frassetia Lubis,Hiroshi Watanabe,Yasuyuki Shimura & Toshiro Takabatake
npj Quantum Materials  Published:05 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41535-025-00797-w

Abstract

At the quantum critical point of correlated materials, a non-Fermi liquid state appears where electron correlations continuously develop to very low temperatures. The relaxation time of the interacted electrons, namely quasiparticles, is scaled with the Planckian time, /kBT. However, there is a debate over whether heavy-fermion systems can obey the Planckian time. In the optical conductivity spectra, the Drude response will appear as the scaling of ω/kBT as the dynamical Planckian scaling (DPS). Here, we report the non-Fermi liquid behavior in the Drude response of a candidate for such materials, the quasi-kagome Kondo lattice CeRhSn. Even though the material shows a strong valence fluctuation, renormalized Drude responses observed at the photon energy below 100 meV are characterized by non-Fermi-liquid-like scattering rate 1/τ. The heavy carriers’ Drude response only for the Ce quasi-kagome plane obeyed DPS below 80 K, suggesting the anisotropic quantum criticality with the strong cf hybridization.

1700応用理学一般
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