本研究成果のポイント

◆量子スピン液体に現れるマヨラナ粒子をスピン流によって観測する方法を提案
◆マヨラナ粒子がスピン流にもたらす効果を大規模な数値計算によって解明
◆スピン流が量子スピン液体を応用したトポロジカル量子計算の鍵となる可能性を開拓

概要

現在の量子コンピュータが直面している誤り耐性の実現という課題を、物質中に現れるマヨラナ粒子と呼ばれる特殊な粒子を用いて解決する方法が有力視されています。しかし、この粒子は電子と違って電荷を持たないため電気的操作が難しく、決定的な制御法はまだ発見されていません。
福井大学大学院工学研究科の加藤康之准教授、東北大学大学院理学研究科の那須譲治准教授、千葉大学大学院理学研究院の佐藤正寛教授、東京大学大学院理学系研究科の大久保毅特任准教授、東京大学物性研究所の三澤貴宏特任准教授、東京大学大学院工学系研究科の求幸年教授らのグループは、スピントロニクス分野でよく用いられる温度差によってスピンを流すスピンゼーベック効果(SSE)と呼ばれる現象を用いて、量子スピン液体(QSL)状態に現れるマヨラナ粒子の新しい検出手法を理論的に提案しました。この効果によって生じるスピン流の磁場・温度依存性に、マヨラナ粒子に特徴的な振る舞いが現れることを発見しました。この成果は、スピントロニクスによるマヨラナ粒子探査の可能性を示すだけでなく、スピン流によるマヨラナ粒子制御の可能性を示唆しており、実用的な量子計算の実現にも寄与すると期待されます。
この研究成果は、3月6日午前0時（日本時間）に国際科学誌「Physical Review X」に掲載されました。

論文名

“Spin Seebeck Effect as a Probe for Majorana Fermions in Kitaev Spin Liquids”
（マヨラナフェルミオン探査のためのキタエフスピン液体のスピンゼーベック効果）

著者

Yasuyuki Kato, Department of Applied Physics, University of Fukui
Joji Nasu, Department of Physics, Tohoku University
Masahiro Sato, Graduate School of Science, Chiba University
Tsuyoshi Okubo, Institute for Physics of Intelligence, The University of Tokyo
Takahiro Misawa, The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
Yukitoshi Motome, Department of Applied Physics, The University of Tokyo

加藤 康之（福井大学　大学院工学研究科　准教授）
那須 譲治（東北大学　大学院理学研究科　准教授）
佐藤 正寛（千葉大学　大学院理学研究院　教授）
大久保 毅（東京大学　大学院理学系研究科　特任准教授）
三澤 貴宏（東京大学　物性研究所　特任准教授）
求 幸年　（東京大学　大学院工学系研究科　教授）

掲載誌

「Physical Review X」（フィジカル　レビュー　エックス）

DOI

10.1103/PhysRevX.15.011050

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研究者情報

• 加藤 康之准教授

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