物理学者らが量子材料の擬ギャップ相内で微妙な磁気秩序を発見し、超伝導への道筋を潜在的に説明する可能性がある。超低温量子シミュレータを用いて、研究者らは擬ギャップ形成温度と一致する持続的な磁気パターンを観察した。この発見は、省エネ技術向け高温超伝導体の開発を進展させる可能性がある。
超伝導とは、材料が抵抗なしに電流を伝導する現象であり、電力伝送や量子コンピューティングの革新を約束する。しかし、高温超伝導体では、この状態への遷移にしばしば擬ギャップと呼ばれる謎の途中相が関与し、電子が異常な挙動を示し伝導率が低下する。新たな研究は、この擬ギャップに関する長年の見方を覆すものである。研究者らは、ドーピング——材料を変えるために電子を除去すること——が明らかな磁気秩序を乱しても、極低温で隠れた普遍的な磁気パターンが持続することを発見した。このパターンは擬ギャップが出現する温度と密接に一致し、磁気が超伝導の舞台を整える上で重要な役割を果たすことを示唆している。この発見は、レーザーによる光学格子内で絶対零度より数十億分の1度だけ高い温度に冷却されたリチウム原子でFermi-Hubbardモデルをシミュレートする実験に由来する。量子ガス顕微鏡を用いて、チームは個別原子の35,000枚以上の画像を撮影し、最大5粒子間の相関を明らかにした——典型的なペア焦点研究をはるかに超える。「磁気相関は特定の温度スケールに対してプロットすると単一の普遍パターンを辿る」と、Max Planck Institute of Quantum Opticsの主任著者Thomas Chalopinは述べた。「そしてこのスケールは擬ギャップ温度、すなわち擬ギャップが出現する点に匹敵する。」この研究は2024年のScience論文の理論予測を基盤とし、ドイツのMax Planck Instituteの実験者とAntoine Georgesが率いるニューヨークのCenter for Computational Quantum Physicsの理論家との協力によるものである。「超低温原子に基づく量子アナログシミュレータが、複雑な量子集団現象が現れる温度まで冷却可能であることは注目に値する」とGeorgesは指摘した。2026年にProceedings of the National Academy of Sciencesに掲載されたこれらの発見は、擬ギャップモデルの基準を提供し、量子物質探査における理論・実験パートナーシップの価値を強調する。
