特異な電子状態解析を可能にする新しい量子材料を開発(Quantum material opens new path for studying unusual electronic behavior)

2026-07-09 ペンシルベニア州立大学(Penn State

ペンシルベニア州立大学(Penn State)を中心とする研究チームは、電子が通常の金属とは異なる振る舞いを示す新たな量子材料を開発し、その特異な電子状態を詳細に解析した。研究対象の材料は、電子同士の強い相互作用によって従来のフェルミ液体理論では説明できない「非フェルミ液体」的な性質を示し、量子臨界現象や新しい量子相を調べるための有望な実験基盤となることが明らかになった。高精度な物性測定により、電子輸送や磁気応答に通常とは異なる温度依存性が確認され、電子相関が物質の性質を支配していることが示された。この成果は、高温超伝導や量子磁性など未解明の量子現象の理解を深めるだけでなく、量子デバイスや次世代エレクトロニクス材料の設計にも重要な知見を提供する。研究チームは今後、外部磁場や圧力などの条件を変えながら量子状態の変化を詳しく調べ、電子相関の本質解明を目指すとしている。

特異な電子状態解析を可能にする新しい量子材料を開発(Quantum material opens new path for studying unusual electronic behavior)
Credit: Jaydyn Isiminger / Penn State. Creative Commons

<関連情報>

量子異常ホール絶縁体における非エルミートダイナミクス Non-Hermitian dynamics in quantum anomalous Hall insulators

Le Yi, Emma Steinebronn, Asmaul Smitha Rashid, Nitin Samarth, […] , and Morteza Kayyalha
Science Advances  Published:17 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aec7638

Abstract

Magnetically doped topological insulators (TIs) exhibit two distinct phases: the quantum anomalous Hall (QAH) phase when the Fermi level resides within the surface gap and a metallic phase outside the gap. The QAH phase hosts unidirectional transport channels known as chiral edge states, while the metallic phase exhibits nonreciprocal transport due to unbalanced bidirectional edge states. Using the chiral edge states in Cr-doped (Bi,Sb)2Te3 sandwich structures, we realize non-Hermitian conductance matrices in a one-dimensional Corbino chain with well-defined chirality. By tuning the boundary conditions from periodic to open, we reveal the non-Hermitian skin effect, where eigenstates localize exponentially at one end of the chain. In the metallic phase, we further observe asymmetric, bidirectional coupling between the neighboring sites in the conductance matrix, a direct consequence of the system’s intrinsic nonreciprocity. These results establish magnetic TIs as a powerful platform for investigating emergent non-Hermitian phenomena in topological systems.

1701物理及び化学
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