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ナノスケール材料：魔法角ツイスト2層グラフェンにおける長寿命アイソスピン励起
Nature 633, 8028 doi: 10.1038/s41586-024-07880-5
従来型の相関多体相とエキゾチックな相関多体相の両方が、魔法角ツイスト2層グラフェン（MATBG）において数多く報告されている。しかし、これらの相関状態に付随するダイナミクスは、その基礎となる物理を理解するには極めて重要であるにもかかわらず、いまだ解明されていない。今回我々は、励起子センシングと光ポンプ–プローブ分光を組み合わせ、WSe2層を伴うMATBGにおいてアイソスピン秩序のダイナミクスをフラットバンド全体にわたって調べ、サブピコ秒の分解能を実現した。我々は、ν = 2付近、およびν = −3と−2の間の広い充填領域において著しく遅いアイソスピンダイナミクスを観測し、その寿命は最長300 psで、電子温度のずっと速い冷却（約10 ps）から切り離されていた。この非熱的な挙動は、アイソスピン自由度に異常に長寿命のモードが存在することを実証している。この観測結果は、理論からは予想されていなかったもので、長距離伝播する集団モード、強いアイソスピンゆらぎ、記憶効果の存在を示唆しており、おそらくバレー間コヒーレント基底状態または不整合ケクレスパイラル基底状態に関連していると考えられる。さらに我々は、これまで整数充填付近で見つかっていたアイソスピン秩序を非平衡制御できることを実証する。具体的には、超高速操作によって、この秩序は整数充填から過渡的にシフトさせることができる。今回の成果は、MATBGにおける集団励起の独自の探査手段を実証するものであり、モアレ系における非平衡現象を能動制御する道を開く。
