ミシガン大学のLu Li氏率いる物理学者らが、絶縁材料のバルク部に由来する量子振動を発見し、物理学の長年定説に挑戦した。この発見はPhysical Review Lettersに掲載され、材料が金属と絶縁体の両方の性質を示す新たな二重性を示唆している。この奇妙な現象は、National Magnetic Field Laboratoryの強力な磁石を使用して観測された。
ミシガン大学の物理学教授Lu Li氏と国際的な科学者チームは、コンゴ絶縁体イッテルビウムボリド（YbB12）の熱容量における量子振動を発見した。これらの振動は、通常、金属で電子が磁場で振動する小さなバネのように見られるもので、以前は絶縁体で表面かバルク内部から生じるかが議論されていた。
研究者らはNational Magnetic Field Laboratoryで実験を行い、病院のMRIの約35倍の強さの35テスラまでの磁石を使用した。彼らの結果はPhysical Review Letters（2025；135（15））に詳細に記載されており、振動が材料のバルクに固有のものであり、単なる表面効果ではないことを確認している。
「画期的な応用があると主張したいですが、私の仕事はその夢をますます遠ざけています」とLi氏は語った。「しかし、私たちが発見したものは依然として本当に奇妙でエキサイティングです。」
この発見は物理学における「新たな二重性」を示唆しており、1世紀以上前に発見された光と物質の波動粒子二重性に似ている。Li氏は説明した。「実質的に、私たちは電子機器に使える良好な伝導性を持つ表面を想定したこの単純な絵が完全に間違っていることを示しています。絶縁体であるにもかかわらず、化合物全体が金属のように振る舞うのです。」
この協力には、米国と日本の6つの機関から10人以上の科学者が参加し、ミシガン大学からはKuan-Wen Chen氏と大学院生のYuan Zhu、Guoxin Zheng、Dechen Zhang、Aaron Chan、Kaila Jenkinsが含まれている。
「長年、科学者たちはこのエキゾチックな絶縁体のキャリア起源に関する基本的な質問の答えを追求してきました：バルクか表面か、固有か外因か？」とChen氏は述べた。「バルクで固有であるという明確な証拠を提供できて興奮しています。」
Zhu氏は付け加えた。「振動がバルクで固有であることを確認するのはエキサイティングです。私たちはまだどのような中性粒子がこの観測に責任を負っているか知りません。私たちの発見がさらなる実験と理論的研究を促すことを望みます。」
Li氏は認めた。「それに何をすべきか知りたくて仕方ありませんが、この段階では全くわかりません。今のところ、私たちは驚くべき現象の実験的証拠を持っています。それを記録し、いずれかの時点でどのように活用するかを理解できることを願っています。」
このプロジェクトは、米国国家科学財団、米国エネルギー省、Institute for Complex Adaptive Matter、Gordon and Betty Moore Foundation、日本学術振興会、日本科学技術庁の支援を受けた。