独マックスプランク固体研究所の研究者らと東京大学大学院理学系研究科物理学専攻の北川健太郎講師（研究当時、現物性研究所准教授）は、国際共同研究により、ハイゼンベルグ磁性体YbCl₃を用いて、飽和磁場近傍における熱力学的性質、比熱と磁化を調べました。その結果、同磁性体が希薄極限における量子臨界（注1）2次元ボーズ気体として驚くほど正確に記述されることを発見しました。

この2次元極限で実現したボーズアインシュタイン凝縮（BEC）（注2）にベレジンスキー・コステリッツ・サウレス（BKT）転移（注3）の兆候を示す特徴が有るのか、またさらに新奇な状態の可能性はあるのか、今後、本物質を舞台として、2次元ボーズ気体におけるさらなる新現象の探求が本格化することが期待されます。

本成果は現地時間5月9日、英科学誌「Nature Physics」に掲載されました。

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図：希薄ボソンのイメージ図© MPI FKF

論文情報

• 雑誌 : Nature Physics
• 題名 : A quantum critical Bose gas of magnons in the quasi-two-dimensional antiferromagnet YbCl₃ under magnetic fields
• 著者 : Yosuke Matsumoto, Simon Schnierer, Jan A. N. Bruin, Jürgen Nuss, Pascal Reiss, George Jackeli, Kentaro Kitagawa & Hidenori Takagi
• DOI : s41567-024-02498-w

用語解説

（注１）量子臨界 :

量子ゆらぎによって起こる量子相転移が発生する条件を量子臨界点という。量子臨界点近傍では、強い量子ゆらぎによってさまざまな新奇現象が生じるが、そのような現象が発生しうる状態を量子臨界という。

（注2）ボーズアインシュタイン凝縮（BEC） :

ある転移温度以下で大量のボーズ粒子が最低エネルギー状態に落ち込む相転移現象。粒子系全体がほとんど一つの状態に凝縮する。

（注3）ベレジンスキー・コステリッツ・サウレス（BKT）転移 :

2次元系における特殊な相転移。

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• 東京大学物性研究所 北川研究室