日本电气通信大学研究生院信息理工学研究科的松林和幸副教授等人组成的研究团队，通过在10万气压（GPa）级的高压下精确测量激子绝缘体的有力候选物质Ta2NiSe5的物理性质，成功绘制出了从低压半导体相到高压半金属相的综合相图。
Ta2NiSe5的压力-温度相图。施加高压时由半导体相转变为半金属相，并出现伴随结构转变的混合间隙。另外，在高压区混合间隙消失的压力附近会出现超导。图中的超导转变温度以30倍表示。（图片：日本电气通信大学提供）
近年来，关于半导体-半金属边界附近的层状过渡金属硫族化合物Ta2NiSe5，目前已发现了一些特征性能带结构变化和电子相图，显示出能实现激子绝缘体的可能性，并受到了广泛关注。然而，也有观点指出，这种物质向激子相发生相变时伴随着结构变化，因此不仅是电子与空穴的相互作用，电子与晶格的相互作用也发挥着重要作用，围绕其相变起源的争论目前仍在进行中。
研究团队通过在10万气压级的高压下精确测量该物质的物理性质发现，电子-空穴对的凝聚态——特异性绝缘体（激子绝缘体）在高压下会变成电子-电子对的凝聚态——超导。
这项研究成果表明，半导体与半金属的边界区域存在着电子-空穴相互作用和电子-晶格相互作用相辅相成的多种量子凝聚相，有望作为今后的物质开发指南。而且，除高压外，还尝试了利用激光和强磁场控制激子相，并开发了结构与Ta2NiSe5相似的物质，今后相关研究有望取得进一步成果。
相关论文已经发布在日本物理学会发行的英文期刊Journal of the Physical Society of Japan（JPSJ）7月号上。
松林副教授表示：“此次的研究结果表明，在由半导体变为金属的边界区域附近，存在着带电粒子之间的库仑相互作用复杂结合的多种量子凝聚相。这将为今后的超导物质开发和量子凝聚相控制提供新的指南。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
