カゴメ金属で隠れた相転移を発見――電子の「電荷」と「スピン」が別々に整列――

2026-07-17 東京大学,京都大学,名古屋大学

東京大学、京都大学、名古屋大学などの研究グループは、カゴメ金属CsCr₃Sb₅において、従来55 K付近の単一相転移と考えられていた現象が、64 Kと55 Kの二段階の相転移であることを発見した。弾性抵抗率測定により64 K付近で新たな相転移を検出し、さらに光電子顕微鏡(PEEM)による実空間観測から、55 K以下ではスピン密度波に対応する三種類のドメイン構造が形成されることを初めて直接観測した。これらの結果から、64 Kでは電荷密度波秩序、55 Kではスピン密度波秩序が独立して発現し、電子の「電荷」と「スピン」が異なる温度で秩序化することが示された。この二段階の電子秩序は、従来研究されてきたCsV₃Sb₅とは異なる新たな量子現象であり、カゴメ格子物質の電子相関の多様性を示す重要な成果である。さらに、圧力下で出現する超伝導の発現機構の理解や、新しい量子機能材料・超伝導体の設計指針につながることが期待される。

カゴメ金属で隠れた相転移を発見――電子の「電荷」と「スピン」が別々に整列――
カゴメ格子(右)で現れた、電荷とスピンの二段階の電子秩序のイメージ図

<関連情報>

カゴメ金属CsCr3Sb 5における電荷スピン二分法 Charge-spin dichotomy in the kagome metal CsCr3Sb5

Asato Onishi,Yoichi Kageyama,Cédric Bareille,Sogen Ikegami,Zifan Xu,Kota Ishihara,Hirokazu Fujiwara,Zehao Wang,Bin Gao,Weiliang Yao,Pengcheng Dai,Youichi Yamakawa,Hiroshi Kontani,Toshiyuki Taniuchi,Kenichiro Hashimoto & Takasada Shibauchi
Nature Communications  Published:17 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74096-8

Abstract

Kagome metals host a variety of correlated electronic states, yet the nature of their intertwined orders remains an open question. The recently discovered Cr-based kagome compound CsCr3Sb5 differs from its V-based analogue CsV3Sb5 by exhibiting stronger correlations and a magnetic ground state. While multiple broken symmetries have been reported in CsV3Sb5, only a single transition at T* ≈ 55 K has been identified at ambient pressure in CsCr3Sb5, with its origin unresolved. Here we uncover an additional phase transition above T* through elastoresistivity measurements. Rotational symmetry breaking without divergent nematic susceptibility is identified around T ≈ 64 K, which is most consistently explained as the emergence of charge-density-wave order. Laser-based photoemission-electron microscopy further reveals three-domain structures associated with spin-density-wave order below T*. These findings indicate distinct charge and spin order transitions in CsCr3Sb5, offering crucial insight into the intertwined orders and pressure-induced superconductivity in this system.

1701物理及び化学
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