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凝縮系物理学において、スピン電荷分離は、一部の物質における電子の特異な振る舞いであり、電子がスピノン、オービトン、ホロン（またはチャーゴン）という3つの独立した粒子に「分裂」する現象である。理論的には、電子は常にこれら3つの束縛状態として考えることができ、スピノンは電子のスピンを、オービトンは軌道自由度を、チャーゴンは電荷を担うが、特定の条件下では、これらは独立した準粒子として振る舞うことがある。
スピン電荷分離の理論は、1950 年に一次元相互作用量子系を扱うための近似法を開発した朝永新一郎の研究に端を発する。 [ 1 ]これは、 1963 年にホアキン・マズダック・ルッティンガーによって、スピン電荷分離を示す厳密に解けるモデルで発展させられた。[ 2 ] 1981 年に、F. ダンカン M. ホールデンは、ルッティンガーのモデルを朝永-ルッティンガー液体概念に一般化し、ルッティンガーのモデルの物理がすべての一次元金属系の一般的な特徴であることが理論的に示された。ホールデンはスピンレスフェルミオンを扱ったが、スピン ½フェルミオンへの拡張とそれに伴うスピン電荷分離は非常に明白であったため、約束されていた続編論文は発表されなかった。
スピン電荷分離は、準粒子の概念の中でも特に珍しい現象の一つです。この性質は直感に反します。なぜなら、電荷がゼロでスピンが半分のスピノンも、電荷がマイナス1でスピンがゼロのチャーゴンも、系を構成する電子、正孔、フォノン、光子の組み合わせとして構成できないからです。これは分数化の一例であり、準粒子の量子数が素粒子の量子数の倍数ではなく、分数になる現象です。
同じ理論的アイデアは、超低温原子の枠組みにも適用されている。1次元の2成分ボーズガスでは、強い相互作用により、スピン電荷分離の最大の形態が生み出される可能性がある。[ 4 ]
物理学者F. ダンカン M. ホールデンの 1981 年の理論に基づいて、ケンブリッジ大学とバーミンガム大学の専門家は2009 年に、小さな空間に人工的に閉じ込められた電子の塊が、同じ電荷を持つことによる相互反発の強さによって、スピノンとホロンに分裂することを実験的に証明しました。[ 5 ] [ 6 ]米国エネルギー省ローレンス バークレー国立研究所の先端光源 (ALS) で働く研究チームは、その 3 年前にスピン電荷分離のピークスペクトル構造を観測しました。[ 7 ]