原子スケールの電流の渦がつくる新しい磁性を発見 ―カゴメ金属でループ電流秩序の微視的証拠を観測―

2026-06-17 東京大学

東京大学、京都大学、名古屋大学、バージニア大学、ロスアラモス国立研究所などの国際共同研究チームは、カゴメ金属CsV₃Sb₅において、原子スケールの電流の渦(ループ電流)が生み出す新しい磁性状態を初めて微視的に観測した。研究成果は『Nature Physics』に掲載された。研究チームは、原子核を高感度センサーとして利用する核四重極共鳴(NQR)および核磁気共鳴(NMR)測定を行い、アンチモン原子核が感じる極めて微弱な局所磁場を検出した。その結果、通常の電荷密度波が現れる94Kより高温の約120Kから、電子の流れそのものが周期的に秩序化した状態が存在することを明らかにした。この状態は「虚数電荷密度波」と呼ばれ、電子がカゴメ格子上を原子スケールで循環してループ電流を形成することで生じる。観測された局所磁場の特徴は理論計算と一致し、長年存在が予測されながら直接的証拠が得られていなかったループ電流秩序の実在を強く支持した。本成果は、高温超伝導体で議論されてきた擬ギャップ状態や隠れた電子秩序の理解を進展させるとともに、量子材料における新たな電子機能や量子現象の発見につながる重要な成果である。

原子スケールの電流の渦がつくる新しい磁性を発見 ―カゴメ金属でループ電流秩序の微視的証拠を観測―
原子スケールの電流の渦がつくる局所磁場

<関連情報>

カゴメ金属における仮想電荷密度波の微視的特徴 Microscopic signatures of an imaginary charge density wave in a kagome metal

S. Suetsugu,F. Hori,M. Shibata,S. Kitagawa,K. Ishida,T. Asaba,S. Nakazawa,Q. Li,H. -H. Wen,T. Shibauchi,H. Kontani & Y. Matsuda
Nature Physics  Published:17 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03339-8

Abstract

Loop current order has long been proposed as an unconventional electronic state arising from spontaneous symmetry breaking through the formation of microscopic electric current loops. The microscopic origin of these currents stems from imaginary hopping terms, conceptualized as an imaginary charge density wave. Despite extensive investigations, particularly in the context of the pseudogap state in high-temperature cuprate superconductors, its existence remains highly controversial. Here we demonstrate site-selective spectroscopic signatures of a pure imaginary charge density wave in the kagome non-magnetic metal CsV3Sb5. Nuclear quadrupole resonance spectra reveal anomalous broadening around a characteristic temperature of 120 K, which coincides with the nematic transition well above the real charge density wave order. In a magnetic field, the spectra exhibit antisymmetric lineshapes, demonstrating that this broadening purely originates from magnetic effects rather than from electric quadrupolar effects associated with charge order fluctuations. The observed lineshapes are quantitatively consistent with local fields induced by loop currents, indicating spontaneous time-reversal symmetry breaking. This microscopic evidence of a pure imaginary charge density wave suggests a distinct form of quantum order and extends our understanding of exotic electronic states in quantum materials.

1701物理及び化学
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