左右対称な物質に現れた「電子の利き手」 ―ウラン化合物で新しい電子秩序を発見―

2026-07-28 日本原子力研究開発機構,東北大学

日本原子力研究開発機構(JAEA)と東北大学の共同研究グループは、結晶構造が左右対称であるにもかかわらず、電子の配列だけがカイラリティ(利き手性)を持つ新しい電子秩序をウラン化合物URhSnで世界で初めて実証した。研究成果はPhysical Review Lettersに掲載され、「Editors’ Suggestion」に選出された。研究では、核磁気共鳴(NMR)法を用いて電子状態を解析した結果、54 K(-219 ℃)以下でウラン原子周辺の電子分布が方向性を持ち、全体として右手・左手に対応するカイラル反強四極子秩序を形成することを確認した。これは、従来「カイラリティは原子配列に由来する」という常識を覆し、電子の秩序だけでカイラリティが自発的に生じることを示した初めての実験的証拠である。電子は原子よりはるかに高速に応答するため、この電子由来カイラリティを利用すれば、光・電流・磁場による超高速な機能制御が可能になると期待される。本成果は、量子マテリアルの新たな設計原理を示すとともに、次世代の光学機能材料やスピントロニクス材料の開発につながる重要な発見である。

左右対称な物質に現れた「電子の利き手」 ―ウラン化合物で新しい電子秩序を発見―
ウラン化合物で見つかった新しい電子の秩序状態(イメージ)。ウラン原子周りの電子の広がりが方向性を持ち、その配列が全体として「カイラリティ」を持つ(カイラル反強四極子秩序)

<関連情報>

URhSnにおける自発的電子カイラル秩序のNMRによる解明 NMR Evidence for Spontaneous Electronic Chiral Order in URhSn

Y. Tokunaga, T. Ishitobi, H. Sakai, S. Kambe, H. Harima, A. Nakamura, A. Maurya, D. Li, Y. Homma et al.
Physical Review Letters  Published: 20 July, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/1vjx-4jfv

Abstract

URhSn exhibits successive phase transitions at TO=54  K and TC =16  K. While the transition at TC is known to be ferromagnetic, the nature of the intermediate phase between TO and TC has remained elusive. Here, we report 117Sn nuclear magnetic resonance (NMR) measurements on high-quality single crystals of URhSn, which reveal NMR line splittings indicative of symmetry breaking in the intermediate phase. The field-direction and site dependences of these splittings are consistent with antiferroquadrupolar ordering characterized by the space group ⁢321 (No. 150). This finding confirms the emergence of a novel form of chiral order driven by electronic degrees of freedom, without an underlying chiral crystal structure in URhSn.

1701物理及び化学
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