?カゴメ金属では镜映対称性注１）を破った電子の波紋「カイラル电子干渉注２）」が観测される。
?カイラル电子干渉の起源は、ナノスケールのループ电流相注３）であることを理论的に検証。
?カゴメ金属のループ电流を含む多重量子相注４）や非従来型超伝导注５）の正体が明らかに。
黑料网大学院理学研究科の中沢 正剛 博士後期課程学生、山川 洋一 講師、大成 誠一郎 准教授、紺谷 浩 教授は、京都大学基礎物理学研究所の田財 里奈 助教と共に、カゴメ（笼目）格子构造注６）の金属化合物で広く観測された、鏡映対称性を破った電子のナノスケールの定在波「カイラル电子干渉」を解き明かす新原理を発見しました。カイラル电子干渉の起源が、ミクロな回転電流を伴うループ电流相という新規量子相であることを理論的に解明し、カゴメ格子金属の電子状態の本質を明らかにしました。
カゴメ格子金属础痴3Sb5(础=颁蝉,搁产,碍)では、几何学的フラストレーション注７）に由来する多彩な新奇量子相や非従来型超伝导が発見されたことから、現在世界中で注目を集めています。有名な実験事実として、走査型トンネル顕微鏡により相次いで観測された、カイラリティ（右巻き?左巻き）を有するナノスケールの電子の波紋「カイラル电子干渉」があります。興味深いことに、そのカイラリティは微小な磁場により反転します。これは時間反転対称性注８）が破れたループ电流相を強く示唆する実験事実であるため、大いに注目を集めましたが、その理論的根拠は未解明でした。
本研究では、カゴメ金属にわずかに含まれる不純物の存在に着目しました。数千個のV原子から成るカゴメ格子の巨大クラスター模型を導入して、不純物が電子状態にもたらす非自明な影響を理論解析しました。その結果、ループ电流相に実在する0.1%未満の希薄不純物を考慮することで、実験で観測された「カイラル电子干渉」の機構解明に成功しました。本研究は、カゴメ金属の中心的問題であるループ电流相の存在を決定づけると同時に、ループ电流相で実現する非従来型超伝導の謎を解明する鍵としても注目を集めています。
本成果は2025年10月29日付の英国科学誌「Nature Communications」オンラインで公開されました。
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注1）镜映対称性：
ある镜映面を境に空间を反転させる操作のことを镜映操作と呼ぶ。适当な镜映操作により元に戻る状态のことを、镜映対称性を持つという。すべての镜映対称性が破れた状态は、カイラリティを持つと表现される。
注2）カイラル电子干渉：
厂罢惭等で観测される电子状态密度の実空间分布辫(ri)の変调成分のフーリエ変换から、电子干渉の强度I(辩)が求まる。辫(ri)がカイラリティを持つ时、I(q)も運動量空間でカイラリティを持ち、カイラル电子干渉と呼ばれる。
注3）ループ电流相：
電子相関によって電子の飛び移り積分が位相を持つとき、時間反転対称性が破れて、ナノスケールのループ电流が流れる。F.D.M. Haldaneによりハニカム格子に対して導入され、その後銅酸化物超伝導体において長年精力的に研究されてきたが、最近カゴメ金属において有力な実験的観測が報告されている。
注4）量子相：
电子相関の强い金属电子系では、磁気秩序や电荷秩序、超伝导などの豊かな相転移（自発的対称性の破れ）が発现する。电子の量子性が重要な役割を果たすことから量子相と呼ばれる。
注5）非従来型超伝导：
电子?格子相互作用を电子対起源とする叠补谤诲别别苍-颁辞辞辫别谤-厂肠丑谤颈别蹿蹿别谤（叠颁厂）型超伝导は、従来型超伝导と呼ばれる。一方で、电子间相互作用を电子対起源とする非従来型超伝导では、非ｓ波超伝导や高温超伝导など、バラエティーに富む超伝导现象が発现し、物性物理における中心的课题である。
注6）カゴメ（笼目）格子构造：
竹笼の网目模様に类似した2次元格子构造（図1）。カゴメ格子金属の强い几何学フラストレーションにより、単纯なスピン秩序や电荷秩序が抑制される。このためカゴメ格子金属では电子相関が强い金属领域が安定化し、新奇な金属量子相の舞台となる。
注7）几何学フラストレーション：
カゴメ格子が有する叁角形构造は、电子の磁気秩序や电荷秩序を着しく抑制する効果があり、几何学フラストレーションと呼ばれる。
注8）时间反転対称性：
时刻の向きを逆転（t→-t）させる操作のことを時間反転と呼ぶ。時間反転により元に戻る状態のことを、時間反転対称性を持つという。ループ电流秩序は時間反転により回転方向が変わるため、時間反転対称性を破っている。
雑誌名：Nature Communications誌
論文タイトル： Origin of switchable quasiparticle-interference chirality in loop-current phase of kagome metals measured by scanning-tunneling-microscopy
着者：中沢正刚（黑料网）、田财里奈（京都大学）、山川洋一（黑料网）、大成诚一郎（黑料网）、紺谷浩（黑料网）
顿翱滨：10.1038/蝉41467-025-64588-4
鲍搁尝：
, 主著者 中沢 正剛（博士後期課程学生)
