物性物理学：ファンデルワールス反強磁性体NiPS₃におけるコヒーレント多体励起子

励起子は、クーロン相互作用によって束縛された電子–正孔対からなるボース準粒子である。この励起子状態のボース・アインシュタイン凝縮はさまざまなモデル系でかねてから推測されてきたが、最近、光格子や二次元材料においていくつかの例が見いだされている。拡張ブロッホ状態から形成されるこうした従来の励起子とは異なり、本質的に多体の局在状態から形成される励起子束縛状態はまれである。今回我々は、反強磁性ファンデルワールス材料NiPS₃において、ネール温度（150 K）未満でスピンと軌道がエンタングルした励起子状態が現れることを示す。この状態は、典型的なZhang–Rice一重項の多体状態から本質的に生じ、反強磁性秩序によって支えられたコヒーレント状態に達する。我々は、配置間相互作用理論を用いて、このコヒーレントな励起子の励起の起源が、Zhang–Rice三重項からZhang–Rice一重項への遷移であると特定した。我々は、3つの分光学的手段（共鳴非弾性X線散乱、フォトルミネッセンス、光吸収）を併用して、励起子の特性を評価し、50 K未満で極端に狭い励起子線幅を実証した。今回の反強磁性体NiPS₃におけるスピンと軌道がエンタングルした励起子の発見は、コヒーレント多体励起子を調べるプラットフォームとしてのファンデルワールス磁性体の可能性を示すものである。

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