KAISTの研究チームは、量子材料が相転移を起こす際、電荷密度波がどのように不均一なパッチ状のパターンを形成するかを直接観測することに成功した。高度な4D-STEM顕微鏡を用いて、電子パターンの強度とコヒーレンス（位相同期性）をナノスケールでマッピングした結果、転移温度を超えても小さな領域で電子的な秩序が維持されていることが明らかになった。
KAIST物理学科のヤン・ヨンス教授率いる研究チームは、ソンビン・リー教授、ヒジュン・ヤン教授、ヨンクワン・キム教授、およびスタンフォード大学の研究者らと共同で、2H-NbSe2における電荷密度波（CDW）の秩序形成過程を初めて直接可視化することに成功した。本研究では、液体ヘリウム冷却式の電子顕微鏡を用いた4次元走査透過電子顕微鏡法（4D-STEM）を採用し、約-253℃の極低温下で、ヒトの髪の毛の太さの10万分の1という微細な構造を解像した。これにより、温度変化に伴うCDWの振幅と空間相関のナノスケールマップを作成することが可能となった。画像から、電子は一様なパターンではなく、部分的に凍った湖の氷の結晶のように、散在するパッチ状の構造を形成していることが判明した。結晶の微細な歪み、すなわち「ひずみ」がCDWの強度に大きく影響しており、格子の欠陥がこうした電子状態を形作っていることが実証された。また、予想外なことに、転移温度を超えた後も孤立した領域でCDWの秩序が残存しており、これは秩序が突然消失するのではなく、段階的にコヒーレンスを失っていくことを示唆している。共同筆頭著者のSeokjo Hong、Jaewhan Oh、Jemin Parkらが貢献した本研究成果は、『Physical Review Letters』に掲載された。ヤン・ヨンス教授は、「これまで電荷密度波の空間的コヒーレンスは、主に間接的な推測によって理解されてきました。我々のアプローチにより、空間的および温度的に電子の秩序がどのように変化するかを直接可視化し、局所的に安定化または抑制する要因を特定することが可能になりました」と述べた。本研究は、量子材料における集団的な電子秩序を研究するための新しい手法を提供するものである。
