量子振動の異常な内部発生を発見(The quantum oscillations are coming from inside)

2025-10-30 ミシガン大学

ミシガン大学の陸陸(Lu Li)教授率いる研究チームは、金属でしか起こらないと考えられてきた「量子振動(quantum oscillations)」を、絶縁体結晶YbB₁₂(イッテルビウムボライド)の内部から観測することに成功した。量子振動は電子がフェルミ面上を運動するときに現れる周期的信号で、これまで絶縁体では観測されなかった。研究チームは35テスラを超える強磁場と極低温条件下で熱容量などを高精度に測定し、物質内部(バルク)に金属的な電子応答が存在することを突き止めた。これは、電子が電荷を持たずに運動する「中性フェルミオン」など未知の励起が関与する可能性を示唆し、金属と絶縁体の境界を再定義する発見といえる。従来の「絶縁体では電子が動かない」という常識を覆し、量子物質研究やスピントロニクス、量子計算材料設計などへの応用にもつながると期待されている。

量子振動の異常な内部発生を発見(The quantum oscillations are coming from inside)
Composite image conceptually depicting quantum oscillations. Image credit: Qimono and TheDigitalArtist, Pixabay

<関連情報>

近藤絶縁体の熱容量における量子振動YbB12 Quantum Oscillations in the Heat Capacity of Kondo Insulator YbB12

Kuan-Wen Chen, Yuan Zhu, Danilo Ratkovski, Guoxin Zheng, Dechen Zhang, Aaron Chan, Kaila Jenkins, Joanna Blawat, Tomoya Asaba et al.
Physical Review Letters  Published: 6 October, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/ms3x-pjsk

Abstract

We observe magnetic quantum oscillations in the heat capacity of the Kondo insulator YbB12. The frequency of these oscillations, =700  T, agrees with that from magnetoresistance and torque magnetometry experiments for 0⁢ >35  T in the Kondo insulating phase. Remarkably, the quantum-oscillation amplitudes in the heat capacity are substantial, with Δ⁢˜/≈0.5  mJ mol−1 K−2 at 0.8 K, accounting for 13% of the known linear heat-capacity coefficient . Double-peak structures of quantum-oscillation amplitudes due to the distribution function of fermions were identified and used to determine the value of the effective mass from the heat capacity, which agrees well with that from torque magnetometry. These observations support bulk charge-neutral fermions contributing to the quantum oscillations in YbB12.

1700応用理学一般
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