抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科物理学専攻
准教授　水上雄太（みずかみ　ゆうた）

【発表のポイント】

• 蜂の巣格子を持つ磁性絶縁体补-搁耻颁濒₃（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、现実物质中に必ず存在する不纯物や欠陥がマヨラナ粒子に与える影响は未解明でした。

• 今回、高エネルギーの电子线を照射することにより、人工的に导入した欠陥がマヨラナ粒子の局在状态を诱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响を明らかにしたことで、実际の物质中におけるマヨラナ粒子の安定性の解明につながり、现実物质におけるトポロジカル量子コンピューター実现の可能性が広がることが期待されます。

【概要】

东京大学大学院新领域创成科学研究科の今村薫平大学院生、水上雄太助教（研究当时、现在东北大学大学院理学研究科准教授）、桥本顕一郎准教授、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、学习院大学大学院自然科学研究科の山田昌彦研究员（研究当时、现在东京大学大学院理学系研究科特任讲师）らの研究グループは、东京工业大学、仏エコールポリテクニークと共同で、环境ノイズに非常に强いトポロジカル量子コンピューター（注1）の実现の键となる「マヨラナ粒子（注2）」の局在状态が物质中の欠陥により诱起されることを明らかにしました。

これまで、磁性絶縁体?-搁耻颁濒3において、本研究チームの报告を始めとして、マヨラナ粒子が存在する証拠が得られています。しかし、现実の物质中においては、どんなにきれいな试料においても必ず不纯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响を明らかにすることが求められていました。

今回、高エネルギーの电子线を照射することにより人工的に导入した欠陥がマヨラナ粒子の局在状态を诱起し、マヨラナ粒子の数が変化することを観测しました。このことにより、物质中のマヨラナ粒子の不纯物に対する安定性が明らかになると考えられます。マヨラナ粒子は磁场下において、非可换エニオン（注3）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、本研究成果は物质中における非可换エニオンを用いたトポロジカル量子コンピューター実现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。

电子线（黄緑色）を照射して导入した欠陥により、マヨラナ粒子（水色）の局在状态が诱起される

【用语解説】

（注1）トポロジカル量子コンピューター
従来の量子コンピューターとは异なる物理系を用いて、量子计算を行う次世代型の量子コンピューターである。外乱に対して强いトポロジカルな性质を利用するため、周囲の环境の変化に强く、本质的にエラーを起こしにくいコンピューターになると期待される。

（注2）マヨラナ粒子
1937年にエットーレ?マヨラナにより理论的に提案された素粒子である。一般的に、电子等に代表される粒子には、その电荷などの性质が反対となる反粒子が存在する。例えば电子の场合は、阳电子がその反粒子である。これに対し、マヨラナ粒子は、粒子と反粒子が同一となる性质を持つ。

（注3）非可换エニオン
通常の叁次元空间において粒子はボーズ粒子とフェルミ粒子に分けられる。数学的には、ボーズ粒子においては、二つの粒子の入れ替え操作に対してその波动関数に1がかかり、フェルミ粒子においては、－1がかかる。一方、二次元空间においては、より一般的に二つの粒子の入れ替え操作により波动関数に±1以外の复素数がかけられる粒子が考えられ、これはエニオンと呼ばれる。通常のエニオンにおける粒子の入れ替え操作は、波动関数の位相が変化するのみとみなせるが、これに対して粒子の入れ替え操作により、もとの状态と全く异なる状态になってしまう场合があり、これを非可换エニオンという。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院理学研究科物理学専攻
准教授　水上雄太（みずかみ　ゆうた）
电话：022-795-6476
贰尘补颈濒：尘颈锄耻办补尘颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学　大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
罢别濒：022-795-6708　
贰尘补颈濒：蝉肠颈-辫谤*尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）