ポイント
- 新材料トポロジカル絶縁体を応用することで、強磁場発生装置が不要な量子抵抗標準素子を開発
- 素子の品質向上により安定性を大幅改善、国家計量標準と同等の精度を達成
- 小型化で利便性向上、さまざまな現場で最高精度の精密電気計測が可能に
産業技術総合研究所 物理計測標準研究部門は、理化学研究所 創発物性科学研究センター、東京大学 大学院工学系研究科、東北大学 金属材料研究所と共同で、強磁場発生装置を用いることなく電気抵抗の精密測定（８桁の精度）を可能にする新型量子抵抗標準素子を開発した。
電気抵抗は、電流の流れにくさを反映した物理量である。現在、異なる国や地域においても抵抗の測定値にずれが生じないように、物理現象「量子ホール効果」により電気抵抗の値が量子化抵抗値と呼ばれる一定値をとる量子ホール素子を抵抗測定の基準（抵抗標準）として採用している。量子ホール効果は強磁場下で発現する現象であるため、超伝導電磁石などの大型で高価な強磁場発生装置を用いる必要があり、手軽な運用が難しかった。このため、強磁場を用いずに利用可能な抵抗標準の開発が世界各国で進められていた。今回、２０１６年ノーベル物理学賞の受賞理由の１つである、新材料トポロジカル絶縁体において発見された弱い磁場下でも量子化抵抗値を示す現象（量子異常ホール効果）に着目した。この新材料を応用し、ホームセンターなどでも安価に入手でき、利用が容易な小型磁石により発生した弱い磁場を用いて国家計量標準と同等な８桁の精度を持つ量子抵抗標準素子を実現した。大型・高価で取り扱いの難しい強磁場発生装置が不要になったことにより、最高精度の抵抗標準の小型簡便化が可能になり、民間企業を含めたさまざまな現場での使用が期待される。
なお、この技術の詳細は、２０２１年１２月１３日（英国時間）に「Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ」誌にオンライン掲載される。
本研究の一部は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成（研究代表者：川﨑 雅司）」などによる支援を受けて行ったものである。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（５７３ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Quantum anomalous Hall effect with a permanent magnet defines a quantum resistance standard”
- ＤＯＩ：10.1038/s41567-021-01424-8
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
岡崎 雄馬（オカザキ ユウマ）
産業技術総合研究所 物理計測標準研究部門 量子電気標準研究グループ 主任研究員
〒305-8563 茨城県つくば市梅園１－１－１ 中央第３
Tel：029-861-1438 Fax：029-861-3469
E-mail：yuma.okazaki
aist.go.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町7 Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
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＜報道担当＞
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