電子正孔結晶でコンピューティング技術の新境地を開く(Breaking new ground for computing technologies with electron-hole crystals)

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2024-07-30 シンガポール国立大学(NUS)

強い電子間相互作用により、電子が規則正しく並び、電子結晶が形成される現象がある。これは量子シミュレーションに有用で、電子と正孔(ホール)が共存するシステムでは、反対方向に抵抗なく流れる特異な量子状態が生じる。しかし、電子とホールが再結合しないように維持することは難しい。NUSの研究チームは、Mott絶縁体であるα-RuCl3を用いて電子・ホール結晶を可視化することに成功した。スキャンニングトンネル顕微鏡(STM)を使用し、電子とホールが共存する新たな量子状態を発見。これにより、コンピューティング技術の進展が期待される。

<関連情報>

モット絶縁体における電子-正孔結晶の証拠 Evidence for electron–hole crystals in a Mott insulator

Zhizhan Qiu,Yixuan Han,Keian Noori,Zhaolong Chen,Mikhail Kashchenko,Li Lin,Thomas Olsen,Jing Li,Hanyan Fang,Pin Lyu,Mykola Telychko,Xingyu Gu,Shaffique Adam,Su Ying Quek,Aleksandr Rodin,A. H. Castro Neto,Kostya S. Novoselov & Jiong Lu
Nature Materials  Published:03 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-024-01910-3

電子正孔結晶でコンピューティング技術の新境地を開く(Breaking new ground for computing technologies with electron-hole crystals)

Abstract

The coexistence of correlated electron and hole crystals enables the realization of quantum excitonic states, capable of hosting counterflow superfluidity and topological orders with long-range quantum entanglement. Here we report evidence for imbalanced electron–hole crystals in a doped Mott insulator, namely, α-RuCl3, through gate-tunable non-invasive van der Waals doping from graphene. Real-space imaging via scanning tunnelling microscopy reveals two distinct charge orderings at the lower and upper Hubbard band energies, whose origin is attributed to the correlation-driven honeycomb hole crystal composed of hole-rich Ru sites and rotational-symmetry-breaking paired electron crystal composed of electron-rich Ru–Ru bonds, respectively. Moreover, a gate-induced transition of electron–hole crystals is directly visualized, further corroborating their nature as correlation-driven charge crystals. The realization and atom-resolved visualization of imbalanced electron–hole crystals in a doped Mott insulator opens new doors in the search for correlated bosonic states within strongly correlated materials.

1700応用理学一般
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