名大ら，極低温まで軌道自由度が凍結しない銅酸化物を実現

名古屋大学，東京大学，大阪大学の研究グループは，華中科技大学，東北大学，米ジョンズ・ホプキンス大学，岩手大学との共同研究により，ヤーン・テラー歪（固体中の陽イオンが電子エネルギーを下げるために，周囲の陰イオンの配置の対称性を自発的に破り低対称化する現象）を起こさない銅酸化物を実現した（ニュースリリース）。

電子の持つ多自由度（スピン・軌道・電荷）のうち，スピン自由度が最低温まで凍結しない「量子スピン液体」状態の実現は凝縮系物理学における到達点の一つとされる。ペロブスカイト型構造を有する銅酸化物において，スピン自由度に加えて軌道自由度も最低温まで凍結しない「量子スピン軌道液体」実現の可能性が指摘されていたが，良質な試料の欠如から，極低温での軌道状態の観測は困難だった。

今回の研究では，ペロブスカイト型銅酸化物6H-Ba₃CuSb₂O₉ の大型結晶の育成法を確立し，得られた単結晶試料を用いて放射光X線回折法，電子スピン共鳴（ESR），ラマン分光法，超音波測定法という種々の実験手法を併用した研究によって，軌道自由度凍結のサインであるヤーン・テラー歪が観測可能な極低温まで生じないことを明らかにした。

この成果は，超伝導やヘリウムの超流動と比類する「量子スピン軌道液体」という新しい量子液体状態の実現に道を拓くもの。そして，放射光X 線回折法による構造解析から，ヤーン・テラー歪みを抑制する構造条件を明らかにすることに成功した。

この成果に基づいて，「量子スピン軌道液体」状態を実現する新たな物質のデザインが可能となり，量子コンピュータなど，量子情報制御の基盤形成に必要な物質開発にも影響を与えると期待されるとしている。