縞模様か、チェック模様か? グラフェンに似た量子材料で磁場が電子秩序を制御

2026-07-23 沖縄科学技術大学院大学

沖縄科学技術大学院大学(OIST)と広島大学を中心とする研究グループは、層状量子材料CeTe₃において、微弱な磁場によって電子の集団状態が縞模様からチェック模様へ切り替わることを原子分解能で初めて直接観測した。走査型トンネル顕微鏡による観測では、絶対零度近傍で縞状の電荷秩序が形成され、磁場印加によりチェック状へと再編成されることを確認した。この現象は、複数の低エネルギー状態が競合する「電子フラストレーション」により、磁場が電子状態を選択するために生じると考えられる。さらに、中性子散乱実験から複雑な反強磁性構造が明らかとなり、その周期性が電子パターンと対応することから、磁気秩序と電子秩序が密接に結び付いていることが示された。本成果は、電子フラストレーションと磁性を利用して量子材料の電子状態を制御する新たな手法を提示するものであり、量子デバイスやスピントロニクス材料の開発に向けた重要な知見となる。

縞模様か、チェック模様か? グラフェンに似た量子材料で磁場が電子秩序を制御
CeTe₃は層状量子材料である。各層は、テルルとセリウム原子(青色)を含む中央層を、二つの導電性テルル正方格子層(金色)が挟む構造をしている。© 大熊隆太郎

<関連情報>

反強磁性二次元半金属における絡み合った複数のフラストレーションによって実現される多様な電子相 Versatile electronic phases enabled by intertwined multiple frustrations in an antiferromagnetic two-dimensional semimetal

Y. Fujisawa,P. Wu,T. Nakamura,R. Okuma,T. Kato,B. R. M. Smith,D. Ueta,R. Kobayashi,N. Maekawa,C-H. Hsu,C. De,N. Tomoda,T. Higashihara,K. Morishita,K. Sumida,K. Miyamoto,T. Okuda,Z. Y. Wang & Y. Okada
Nature Communications  Published:23 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75048-y

Abstract

Following the discovery of graphene, van der Waals materials have become a major platform for quantum matter, yet strongly interacting phases beyond graphene remain elusive. Using scanning tunneling microscopy and spectroscopy, we uncover three competing stripe- and checkerboard-type multiple-q antiferromagnetic charge-ordered states in the van der Waals semimetal CeTe3, beyond the conventional charge density wave. These field-tunable states exhibit propagation vectors of (0.33, 0), (0, 0.08), and (0.19, ±0.19), and are controlled by a modest in-plane magnetic field (~1.5 T). Quasiparticle-interference imaging identifies corresponding three distinct nesting channels and associated Fermi-surface reconstructions. At the same time, spectroscopy reveals a broad electronic reconstruction extending to ±30 meV around the Fermi level, beyond a simple Kondo-coupling picture. Our results establish CeTe3 as a platform for tunable nanoscale antiferromagnetic electronic phases characterized by intertwined correlations, exotic symmetry-breaking, and nontrivial topology.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました