物性物理学：相互作用によって形状を変える魔法角グラフェンのフラットバンドの撮像
Nature 653, 8113 doi: 10.1038/s41586-026-10378-x
量子材料中の電子相互作用は、それらのエネルギーバンドを根本的に形作るとともに、そうした材料において最も興味深い量子相を決定する。魔法角ツイスト2層グラフェン（MATBG）は、フラットバンドをそうした多様な量子相へとつなげるモデル系として登場したが、高分解能の運動量空間プローブが行われていないために、こうしたバンドの正確な性質はいまだ解明されていない。今回我々は、量子ツイスト顕微鏡（QTM）を使用して、MATBGの相互作用するエネルギーバンドをこれまでにない運動量およびエネルギーの分解能で直接撮像した。魔法角から遠ざかると、観測されるバンドは単一粒子理論に厳密に従った。しかし魔法角では、相互作用によって完全に変容したバンドが観測され、これは、運動量空間の異なる部分では軽い電子の特徴と重い電子の特徴が見られることを示している。ドーピングすると、こうした軽い成分と重い成分の間の相互影響により、相互作用に誘起されるバンド幅の繰り込み、重い粒子のモット型カスケード、軽い粒子のディラック回復など、さまざまな注目すべき現象につながった。我々はまた、重いセクターに結び付いた持続的な低エネルギー励起を明らかにし、これによって、従来説明のつかなかった新たな自由度の存在が示唆された。これらの結果は、MATBGにおいて長く謎であった電子の二重性が、同一のトポロジカルな重いフェルミオン類似フラットバンド内の異なる運動量の電子に由来することを示しており、それによってこの謎が解明された。より広範には、今回の結果は、QTMが、従来の技術では実現できなかった量子材料の高分解能分光研究のための強力なツールとなることを確立するものである。
