近藤絶縁体YbB₁₂における磁気音響量子振動の探索 ~超音波実験により絶縁体相の謎に迫る~

2026-06-23 東京理科大学

東京理科大学、東京大学、東北大学などの共同研究グループは、近藤絶縁体YbB₁₂において報告されてきた量子振動の起源を解明するため、超音波を用いた磁気音響量子振動(MAQO)の探索を実施した。YbB₁₂は絶縁体でありながら磁気抵抗や比熱などで磁気量子振動(MQO)が観測される特異な物質で、その起源として表面状態や中性準粒子など複数の仮説が提案されている。本研究では、最大65テスラの強磁場と485ミリケルビンの極低温環境下で超音波測定を行い、結晶内部の電子状態と格子振動の結合を調べた。その結果、磁気抵抗や磁気熱量効果では従来通りMQOを確認した一方、絶縁体相ではMAQOは観測されず、磁場誘起金属相でのみ明瞭なMAQOが検出された。これは絶縁体相で量子振動を担う粒子が音響フォノンと極めて弱くしか結合しない、あるいは従来のフェルミ粒子とは異なる性質を持つ可能性を示唆する。また39テスラ付近で新たな弾性異常も発見され、絶縁体相に未知の電子状態変化が存在する可能性が示された。近藤絶縁体における量子振動の本質解明に向けた重要な実験的知見である。

近藤絶縁体YbB₁₂における磁気音響量子振動の探索 ~超音波実験により絶縁体相の謎に迫る~
図1 (a) YbB12の結晶構造と相図 (b) フェルミ粒子-音響フォノン相互作用のイメージ図。超音波(音響フォノン)は、フェルミ面近傍の粒子と相互作用する。これにより、量子振動を示す粒子の存在の有無を調べることができる。

<関連情報>

絶縁相における磁気音響量子振動の探索YbB12 Search for magnetoacoustic quantum oscillations in the insulating phase of YbB12

Ryosuke Kurihara, Atsuhiko Miyata, Koji Araki, Shusaku Imajo, Ruo Hibino, Atsushi Miyake, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza,, Hiroshi Yaguchi et al.
Physical Review B  Published: 16 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/m3gy-g9tv

Abstract

A highly exotic phenomenon in solid-state physics is the observation of magnetic quantum oscillations in insulators. For instance, in the Kondo insulator YbB12 various groups reported the observation of such oscillations seemingly originating from Fermi surfaces, though this contradicts the concept of an insulator having no charged quasiparticles. In this study, we searched for quantum oscillations in YbB12 by using bulk-sensitive ultrasonic experiments in high magnetic fields up to 65 T and down to 485 mK. For that, we utilized an YbB12 single crystal that, in previous experiments, revealed oscillations in the magnetoresistance in the insulating state. We confirmed oscillationlike behavior of the magnetoresistance as well as field-dependent oscillations in the magnetocaloric effect. However, we could not observe magnetoacoustic quantum oscillations in the insulating state, only in the field-induced metallic state. In the insulating state, we found some anomalies in our ultrasound data, the origin of which remains elusive. Our findings provide further information on the puzzling behavior of the insulating state of YbB12.

1701物理及び化学
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