ねじれ二セレン化タングステンで電荷中性準粒子を初めて直接観測(The first-time direct observation of exotic charge-neutral quasiparticles in twisted tungsten diselenide)

2026-05-18 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

米国のカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究チームは、ねじれたタングステン系二次元材料中で、電荷を持たない特殊な準粒子を初めて直接観測した。研究対象は、原子層をわずかに回転させて重ねた「ツイスト材料」で、電子間相互作用が通常とは異なる量子状態を生み出すことが知られている。今回観測された準粒子は電荷を持たない一方で、エネルギーやスピン情報を運搬する特異な性質を示し、量子物性理論で長年予測されてきた存在だった。研究では、高精度分光測定を通じてその挙動を可視化し、強相関電子系における新たな量子現象を確認した。研究者らは、この成果が量子コンピューティングや超低消費電力電子デバイス開発につながる可能性があると指摘している。また、ツイスト二次元材料が未知の量子相探索の重要基盤になることを示した。

ねじれ二セレン化タングステンで電荷中性準粒子を初めて直接観測(The first-time direct observation of exotic charge-neutral quasiparticles in twisted tungsten diselenide)
Photo Credit:NIST
Moiré patterns emerge when crystal lattices are layered and twisted at angles relative to each other

<関連情報>

ねじれたWSe₂における伝播する集団スピンバレーモードの観測 Observation of propagating collective spin–valley modes in twisted WSe2

Richen Xiong,Yi Guo,Chenxin Qin,Taige Wang,Fanzhao Yin,Samuel L. Brantly,Youngjoon Choi,Junhang Qi,Jinfei Zhou,Zihan Zhang,Melike Erdi,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Shu Zhang,Seth Ariel Tongay,Andrea F. Young,Liang Fu & Chenhao Jin
Nature Physics  Published:07 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03280-w

Abstract

The emergence of charge-neutral collective modes is a hallmark of correlated quantum phases but is often challenging to probe. In two-dimensional flatband systems, charge responses have been intensively investigated, but neutral excitations have not been directly probed. In particular, the intervalley-coherent state has been proposed as a unifying theme across graphene- and semiconductor-based systems and features a neutral Goldstone mode due to spontaneously broken valley U(1) symmetry. However, this mode has not been observed. Here we demonstrate the transport of neutral modes in twisted WSe2 moiré superlattices using a space-and-time-resolved ultrafast imaging technique. We show two propagating collective modes with different velocities that emerge near the Van Hove singularity. The fast-propagating mode is consistent with a Goldstone mode for an intervalley-coherent state, whereas the slow-moving mode is probably a gapped amplitude mode. They can be understood as the spin–valley analogues of the collective modes of a superfluid. Our study provides a powerful approach for probing neutral modes in quantum materials and offers key insights into the interplay between charge and spin–valley physics in moiré superlattices.

1701物理及び化学
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