物性物理学：強く相関したカゴメ磁性体の巨大で異方的な多体スピン–軌道同調性

カゴメ格子、すなわち角を共有する三角形からなる格子は、幾何学的構造が特異なため、それらの電子は、フラストレートした、相関した、そしてトポロジカルな量子電子状態の物理を調べるのに役立つ。強いスピン–軌道結合が存在すると、カゴメ格子の磁気構造と電子構造はさらにもつれ合い、これまで知られていなかったスピン–軌道現象が生じる可能性がある。今回我々は、ベクトル磁場の能力と走査型トンネル顕微鏡法を併用して、カゴメ強磁性体Fe₃Sn₂のスピン–軌道特性を解明し、関連するエキゾチックな相関現象を調べた。その結果、カゴメ格子の多体電子状態と三次元異方性を持つベクトル磁場が強く結合して、磁化に駆動された巨大なネマチック性（2回対称性）のエネルギーシフトを示すことが見いだされた。また、フェルミオン準粒子干渉を詳細に調べたところ、電子相関の存在を明確に示す一貫した自発的ネマチック性が明らかになり、ベクトル磁化は、この状態を変化させることができるために多体電子対称性を制御できることが分かった。こうしたスピンに駆動された巨大な電子応答はゼーマン物理をはるかに超えており、基礎となる相関した磁気トポロジカル相の実現を示している。このカゴメ磁性体の同調性から、外部印加磁場、電子励起、ネマチック性の間の強い相互作用が明らかになり、トポロジカル物質や量子物質のスピン–軌道特性を制御し、創発現象を調べる新しい方法が得られる。

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