ポイント
- 蜂の巣格子を持つ磁性絶縁体α－ＲｕＣｌ３（塩化ルテニウム）はマヨラナ粒子が存在する舞台として盛んに研究がなされてきましたが、現実物質中に必ず存在する不純物や欠陥がマヨラナ粒子に与える影響は未解明でした。
- 今回、高エネルギーの電子線を照射することにより、人工的に導入した欠陥がマヨラナ粒子の局在状態を誘起することを明らかにしました。
- 欠陥がマヨラナ粒子に与える影響を明らかにしたことで、実際の物質中におけるマヨラナ粒子の安定性の解明につながり、現実物質におけるトポロジカル量子コンピューター実現の可能性が広がることが期待されます。
東京大学 大学院新領域創成科学研究科の今村 薫平 大学院生、水上 雄太 助教（研究当時、現在 東北大学 大学院理学研究科 准教授）、橋本 顕一郎 准教授、芝内 孝禎 教授、京都大学 大学院理学研究科の松田 祐司 教授、学習院大学 大学院自然科学研究科の山田 昌彦 研究員（研究当時、現在 東京大学 大学院理学系研究科 特任講師）らの研究グループは、東京工業大学、仏エコールポリテクニークと共同で、環境ノイズに非常に強いトポロジカル量子コンピューターの実現の鍵となる「マヨラナ粒子」の局在状態が物質中の欠陥により誘起されることを明らかにしました。
これまで、磁性絶縁体α－ＲｕＣｌ３において、本研究チームの報告を始めとして、マヨラナ粒子が存在する証拠が得られています。しかし、現実の物質中においては、どんなにきれいな試料においても必ず不純物や欠陥が存在するため、それらがマヨラナ粒子に与える影響を明らかにすることが求められていました。
今回、高エネルギーの電子線を照射することにより人工的に導入した欠陥がマヨラナ粒子の局在状態を誘起し、マヨラナ粒子の数が変化することを観測しました。このことにより、物質中のマヨラナ粒子の不純物に対する安定性が明らかになると考えられます。マヨラナ粒子は磁場下において、非可換エニオンという特殊な粒子になり、トポロジカル量子コンピューターに応用可能と考えられています。そのため、本研究成果は物質中における非可換エニオンを用いたトポロジカル量子コンピューター実現の可能性を広げると期待されます。
本研究成果は２０２４年３月１１日付けで、米国科学誌「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｘ」にオンライン掲載されました。
本研究は科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」（研究代表者：松田 祐司）［ＪＰＭＪＣＲ１９Ｔ５］、科学研究費 新学術領域研究（研究領域提案型）「量子液晶の物性科学」（領域代表：芝内 孝禎）［ＪＰ１９Ｈ０５８２４］などの助成を受けて行われました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（５２３ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Defect-induced low-energy Majorana Excitations in the Kitaev magnet α-RuCl3”
- ＤＯＩ：10.1103/PhysRevX.14.011045
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
芝内 孝禎（シバウチ タカサダ）
東京大学 大学院新領域創成科学研究科 物質系専攻 教授
Tel／Fax：04-7136-3774
E-mail：shibauchi
k.u-tokyo.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
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
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