【本学研究者情報】

〇金属材料研究所　准教授　三宅厚志
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 近藤絶縁体YbB₁₂（12ホウ化イッテルビウム）に対し、バルク感度の高い超音波実験により磁気音響量子振動（MAQO）の探索を通じてその起源解明を試みました。
• 最大65Tまでの強磁場、最小485mKまでの極低温という条件で超音波実験を行ったところ、磁場誘起金属相でのみ磁気音響量子振動が観測され、絶縁体相では観測されませんでした。
• 本研究成果は、近藤絶縁体における量子振動の起源を探る上で重要な手がかりを与えるものです。

【概要】

東京理科大学 創域理工学部 先端物理学科の栗原 綾佑助教、東京大学 物性研究所の宮田 敦彦准教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科 物質系専攻の今城 周作准教授、神戸大学大学院 理学研究科 物理学専攻の日比野 瑠央助教らの共同研究グループは、最大65 T（テスラ）までの強磁場および最小485 mKまでの極低温において、超音波を用いて近藤絶縁体（＊1）YbB₁₂における磁気音響量子振動（MAQO, ＊2）を探索しました。実験に用いた単結晶試料は、茨城大学の伊賀 文俊名誉教授（現総合科学研究機構 サイエンスコーディネータ）により提供されました。

YbB₁₂は絶縁体でありながら磁気抵抗や磁気トルク、比熱などで磁気量子振動（MQO）が観測されていますが、その起源は未解明となっています。本研究グループは、結晶内部（バルク）の性質を敏感に検出できる超音波測定を用いて、音響応答の観点から絶縁体相に量子振動が本当に存在するかどうかを検証しました。

　今回の研究では、先行研究と同様に磁気抵抗と磁気熱量効果におけるMQOを確認しました。一方、³He冷凍機（＊3）を用いた485 mKまでの極低温環境と非破壊パルスマグネット（＊4）による65 Tまでの強磁場環境を組み合わせた超音波測定では、絶縁体相におけるMAQOは確認されませんでした。MAQOは磁場誘起金属相においてのみ観測され、絶縁体相と金属相とで音響応答が明確に異なることが示されました。

本研究は、YbB₁₂の絶縁体相における音響特性について新たな実験的知見を提供し、絶縁体における量子振動の起源解明に向けた研究に貢献するものです。

本研究成果は、2026年6月16日に国際学術誌「Physical Review B」にオンライン掲載されました。さらに、本論文は、編集者および査読者から重要性・独創性・明快さにおいて高い評価を受け、掲載論文の中でも特に優れた論文として「Editors' Suggestion」に選定されました。

図1 (a) YbB₁₂の結晶構造と相図　(b) フェルミ粒子-音響フォノン相互作用のイメージ図。超音波（音響フォノン）は、フェルミ面近傍の粒子と相互作用する。これにより、量子振動を示す粒子の存在の有無を調べることができる。

【用語解説】

＊1　近藤絶縁体
比較的高温では金属的に振る舞うものの、電子間の強い相互作用（近藤効果）により、ある特徴的な温度以下で微小なエネルギーギャップが形成され、絶縁体的性質を示す希土類化合物の総称。代表例として、SmB6やYbB12などが知られている。

＊2　磁気音響量子振動（MAQO: magnetoacoustic quantum oscillation）
強磁場中で電子のエネルギー準位がランダウ準位と呼ばれる離散的な準位に量子化されることで、電気抵抗や磁化などの物理量が磁場の逆数に対して周期的に変化する現象を量子振動（QO: quantum oscillation）という。MAQOはその一種であり、ランダウ準位の量子化が弾性定数や音速の振動として超音波測定により観測されるものである。

＊3　3He冷凍機
ヘリウムの同位体である3Heの蒸発冷却を利用した冷凍機。通常の4He冷凍機で得られる1.4 Kよりも低い極低温環境を実現できる。

＊4　非破壊パルスマグネット
短時間に強力な磁場を発生させる電磁石を用いた装置。「非破壊」とは電磁石が破壊されずに繰り返し使用できることを意味する。

【論文情報】

雑誌名：Physical Review B
論文タイトル：Search for magnetoacoustic quantum oscillations in the insulating phase of YbB₁₂
著者：Ryosuke Kurihara, Atsuhiko Miyata, Koji Araki, Shusaku Imajo, Ruo Hibino, Atsushi Miyake, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza, Hiroshi Yaguchi, Fumitoshi Iga, Masashi Tokunaga, and Yasuhiro H. Matsuda
DOI：10.1103/m3gy-g9tv

詳細（プレスリリース本文）

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