（笹川崇男准教授）
反強磁性交換相互作用に起因するダブロン―ホロン間引力の発見 ― テラヘルツパルスを用いたモット絶縁体の電場効果の精密測定と理論解析 ―
（笹川崇男准教授）
東京工業大学プレスリリース 2019年06月10日
強相関電子系において電荷とスピンの自由度の相互作用（電荷―スピン相互作用）は重要な役割を果たすことが知られており、さまざまな特徴的物性が現れる要因となっています。例えば、銅酸化物高温超伝導体におけるクーパー対[用語9]の形成は、スピン間に働く反強磁性交換相互作用Jによる引力に起因することが指摘されています。高温超伝導体の母物質である二次元モット絶縁体では、光励起によってダブロンとホロンという電荷キャリアが生成しますが、この両者の間にもクーパー対の形成と同様の機構による引力の効果で励起子的な束縛状態が形成されると予想されていました。しかし、これまで、その実験的な証拠は得られていませんでした。
産業技術総合研究所 産総研・東大先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ有機デバイス分光チーム（兼東京大学 大学院新領域創成科学研究科 客員研究員）の寺重翼産総研特別研究員（研究当時）、東京大学 大学院新領域創成科学研究科の宮本辰也助教、貴田徳明准教授、岡本博教授（兼産業技術総合研究所 産総研・東大先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ有機デバイス分光チーム ラボチーム長）、産業技術総合研究所 電子光技術研究部門 強相関エレクトロニクスグループの伊藤利充研究グループ長、東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の笹川崇男准教授、東京理科大学 理学部第一部 応用物理学科の遠山貴巳教授らの研究グループは、テラヘルツパルスを利用した電場変調反射分光法[用語10]を異なるJの値を持つ三種の銅酸化物Nd2CuO4、Sr2CuO2Cl2、La2CuO4に適用することにより、二次元モット絶縁体中のダブロンとホロンの引力の起源を調べました。そして、三種の物質において、電場印加による反射率スペクトルの変化を解析することにより、Jの増加に伴いダブロン―ホロン間の引力（束縛エネルギー）が増加することを明らかにしました。実際に、このような傾向をt-Jモデル[用語11]による理論計算によって説明することができました。本研究の結果は、ダブロンとホロンが高温超伝導体のクーパー対と同様にスピン間に働く反強磁性交換相互作用の効果で束縛状態を形成することを明確に示しています。
この発見は、強相関電子系における光励起状態の非平衡ダイナミクスや高温超伝導体の発現機構など未解明の問題に対する深い理解につながることが期待されます。
本研究成果は2019年6月7日付けで、米国科学誌「Science Advances」にオンライン掲載されました。
詳細は、東工大ニュースをご覧ください。
