相転移は本質的に遍在しており、最も興味深いものの1つは、絶縁から金属状態への移行です。この現象は、超伝導や巨大な磁気抵抗など、多くの魅力的な特性の中心にあります。
VO2は、IMTを示す材料の代表的な例です。室温では、絶縁体であるため、電子は簡単に流れることができません。しかし、摂氏68度を超えて加熱すると、劇的な変換を受けて金属になり、電子が自由に動くことができます。
「VO2におけるこの絶縁体から金属への遷移は、理論的にも実験的にも広範囲に研究されています」と、著者著者Ryotaro Arita氏は述べています。 「しかし、遷移の背後にある正確な微視的メカニズムは依然として議論の問題です。」
この謎に光を当てるために、ISSPのチームは、時間分解光排出分光法として知られる革新的な実験セットアップを採用しました。この手法により、VO2の電子構造の変化は、前例のない時間分解能でIMTを受けるときに従うことができました。
彼らの実験により、VO2のIMTは、電子スピン、電荷、および格子振動の間の複雑な相互作用によって駆動されることが明らかになりました。結果は、電子のスピンがプロセスにおいて重要な役割を果たし、遷移には異なる電子バンド間の微妙な相互作用が含まれることを示唆しています。
「私たちの調査結果は、VO2の絶縁体から金属への移行の根底にある基本的なメカニズムに関する新しい洞察を提供し、他の量子材料でこの魅力的な現象を探索し、制御するための新しい可能性を開きます」とArita氏は言います。
Nature Communicationsで公開されたこの作業は、IMTの物理学をさらに研究するための道を開き、量子材料に基づいた新しい電子機器の開発につながる可能性があります。
