研究成果

幻の粒子「マヨラナ粒子」の発見 -トポロジカル量子コンピューターの実現に期待-


2018年07月12日


     笠原裕一 理学研究科准教授、松田祐司 同教授、大西隆史 同修士課程学生(現・富士通株式会社)、馬斯嘯 同修士課程学生、芝内孝禎 東京大学教授、水上雄太 同助教、求幸年 同教授、田中秀数 東京工業大学教授、那須譲治 同助教、栗田伸之 同助教、杉井かおり 東京大学研究員らの研究グループは、蜂の巣状の平面構造をもつ磁性絶縁体の塩化ルテニウム(α-RuCl3)において熱ホール効果が量子力学で規定される普遍的な値をとることを発見し、「マヨラナ粒子」を実証することに世界で初めて成功しました。

     本研究成果は、2018年7月12日に英国の科学雑誌「Nature」のオンライン版に掲載されました。

    研究者からのコメント

    左から、笠原 准教授、松田 教授、那須 助教

     当初は磁性絶縁体で非常に大きな熱ホール効果が観測されたこと自体が驚きでしたが、さらに綿密な実験を行うことで、「第3の量子ホール効果」ともいうべき前例のない現象を発見することができました。これにより、理論的予言から80年以上にわたり探索されてきた幻の「マヨラナ粒子」を実証することができました。本研究成果は固体物理学だけでなく、物理学の他分野や量子情報など の応用分野にも大きなインパクトを与えるものです。マヨラナ粒子を用いたトポロジカル量子コンピューターも提案されており、その実現に向けた研究展開が期待されます。

    概要

     マヨラナ粒子は自分自身がその反粒子と同一という不思議な性質を持ち、理論的予言から80年以上もその存在の確証が得られていなかった「幻の粒子」です。素粒子物理学を中心に探索が続けられてきましたが、近年、ある種の超伝導体や磁性体でマヨラナ粒子が出現する可能性が指摘され、大きな注目を集めてきました。本研究グループは、世界で初めてその「マヨラナ粒子」を実証することに成功しました。

     本研究成果により、マヨラナ粒子が存在する決定的な証拠が得られただけでなく、マヨラナ粒子による量子化現象が高い温度で実現することが明らかになりました。マヨラナ粒子の制御法の開発を行うことで、高温でも動作可能な「トポロジカル量子コンピューター」への応用が期待できます。

     

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】
    https://doi.org/10.1038/s41586-018-0274-0

    Y. Kasahara, T. Ohnishi, Y. Mizukami, O. Tanaka, Sixiao Ma, K. Sugii, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, Y. Matsuda (2018). Majorana quantization and half-integer thermal quantum Hall effect in a Kitaev spin liquid. Nature, 559, 227-231.

    • 朝日新聞(7月12日 7面)、京都新聞(7月12日 25面)、産経新聞(7月12日 26面)、日本経済新聞(7月12日 38面)、毎日新聞(7月12日 29面)および読売新聞(7月12日 36面)に掲載されました。

    幻の粒子「マヨラナ粒子」の発見 -トポロジカル量子コンピューターの実現に期待-
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