日本電氣通訊大學研究生院資訊理工學研究科的松林和幸副教授等人組成的研究團隊，透過在10萬氣壓（GPa）級的高壓下精確測量激子絕緣體的有力候選物質Ta2NiSe5的物理性質，成功轉列出了從低氣壓半導體相到高壓半金屬相的綜合相圖。
Ta2NiSe5的壓力-溫度相圖。施加高壓時由半導體相轉變爲半金屬相，並出現伴隨結構轉變的混合間隙。另外，在高壓區混合間隙消失的壓力附近會出現超導。圖中的超導轉變溫度以30倍表示。（圖片：日本電氣通訊大學提供）
近年來，關於半導體-半金屬邊界附近的層狀過渡金屬硫族化合物Ta2NiSe5，目前已發現了一些特徵性能帶結構變化和電子相圖，顯示出能實施激子絕緣體的可能性，並受到了廣泛關注。然而，也有觀點指出，這種物質向激子相發生相變時伴隨着結構變化，因此不僅是電子與電洞的相輔作用，電子與晶格的相輔作用也發揮着重要作用，圍繞其相變起源的爭論目前仍在進行中。
研究團隊透過在10萬氣壓級的高壓下精確測量該物質的物理性質發現，電子-電洞對的凝聚態——獨特性絕緣體（激子絕緣體）在高壓下會變成電子-電子對的凝聚態——超導。
這項研究成果表明，半導體與半金屬的邊界區域存在着電子-電洞相輔作用和電子-晶格相輔作用相輔相成的多種量子凝相，有望作爲今後的物質開發指南。而且，除高壓外，還嘗試了利用雷射和強磁場控制激子相，並開發了結構與Ta2NiSe5相似的物質，今後相關研究有望取得進一步成果。
相關論文已經發布在日本物理可用能學會發行的英文期刊Journal of the Physical Society of Japan（JPSJ）7月號上。
松林副教授表示：「此次的研究結果表明，在由半導體變爲金屬的邊界區域附近，存在着帶電粒子之間的庫侖相輔作用複雜結合的多種量子凝相。這將爲今後的超導物質開發和量子凝相控制提供新的指南。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
