量子流体に潜む構造を解明(Scientists Reveal Hidden Structure of a Quantum Fluid)

2026-08-04 ローレンス・バークレー国立研究所(LBNL)

米国ローレンス・バークレー国立研究所(Berkeley Lab)などの国際共同研究チームは、量子流体内部に存在するこれまで直接観測できなかった微細な構造を可視化し、その形成メカニズムを解明した。量子流体は極低温で摩擦なく流れる超流動状態を示すが、その内部構造は量子力学的性質のため観測が難しかった。研究では、高度な散乱測定と理論解析を組み合わせることで、量子流体内部に局所的な秩序構造が形成されていることを明らかにし、粒子間相互作用が流体全体の性質を支配する仕組みを詳細に示した。この成果は、超流動や量子相転移など凝縮系物理学の理解を深めるとともに、量子シミュレーションや量子コンピューティング、新規量子材料の設計にも重要な知見を提供する。量子流体の「隠れた構造」の解明は、複雑な量子多体系の振る舞いを理解するための新たな基盤となる成果である。

量子流体に潜む構造を解明(Scientists Reveal Hidden Structure of a Quantum Fluid)
Schematic of a bilayer 2D semiconducting device. (Credit: Ruishi Qi/Berkeley Lab)

<関連情報>

電子-正孔二重層における二成分励起子凝縮 Two-component exciton condensates in an electron–hole bilayer

Ruishi Qi,Qize Li,Jiahui Nie,Ruichen Xia,Haleem Kim,Hyungbin Lim,Jingxu Xie,Takashi Taniguchi,Kenji Watanabe,Michael F. Crommie,Allan H. MacDonald & Feng Wang
Nature  Published:10 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10636-y

Abstract

Macroscopic quantum coherence emerges when bosons condense into a Bose–Einstein condensate (BEC)1,2,3,4,5. Excitons are a long-sought solid-state route to high-temperature BECs with strong interactions, electrical tunability and potentially multicomponent spinor order, but conclusive evidence for equilibrium condensation has remained elusive. Here we report evidence for two-component exciton BECs in MoSe2/hBN/WSe2 electron–hole bilayers6,7,8,9 by probing the spin–valley susceptibility of constituent electrons and holes. This heterostructure hosts equilibrium exciton fluids with four spin–valley flavours. Magneto-optical spectroscopy in a dilution refrigerator reveals three exciton condensate phases with distinct flavour polarizations. At zero magnetic field, the many-body ground state is a coherent superposition of two condensed intravalley exciton flavours. Under a magnetic field, the intravalley exciton condensate first switches to a two-component intervalley condensate through a first-order quantum phase transition at a weak critical field and then turns into a fully polarized single-component condensate at high fields. The condensate signatures form a dome in density–temperature space, persisting up to approximately 1.8 K. Our results establish van der Waals electron–hole bilayers as a versatile platform for strongly interacting, multicomponent exciton BECs.

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