51探花

【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】

• ウラン化合物UTe₂の超伝导状态において、电子対が「右回り」または「左回り」といったカイラリティを有することを见出しました。
• 超伝导状态でのカイラリティの検証は困难でしたが、磁场を様々な方向に印加したときの违いを调べるという新しい手法により电子対の対称性を决定することで、カイラル超伝导が実现していることを明らかにしました。
• 本研究により、超伝导状态の基础的理解を进展させるとともに、カイラル超伝导が持つ特异な性质が新たな量子技术の开発につながることも期待されます。

【概要】

东京大学大学院新领域创成科学研究科の石原滉大助教、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、日本原子力研究开発机构の酒井宏典研究主干、芳贺芳范研究主干らの研究グループは、ウランを含む超伝导体であるウランテルル化物（UTe₂）においてカイラリティ（掌性、注1）を持つ超伝导状态が実现していることを実験的に明らかにしました。

　鲍罢别₂は2019年に超伝导状态を示すことが报告された比较的新しいウラン系超伝导体であり、これまでに异常な超伝导特性が多く报告されているものの、その超伝导状态は未解明でした。そこで研究グループは、磁场を様々な方向に印加したときの违いを调べるという新しい手法によりUTe₂における超伝导状态の解明を试みました。その结果、UTe₂では电子対が「右回り」または「左回り」といったカイラリティを有するカイラル超伝导状态を実现していることがわかりました（図1）。このカイラル超伝导状态では、超伝导状态を特徴づける电子対の対称性が、通常の実数（AやB）の形ではなく、复素数(A+iB)の形で表现される特殊な状态となっており、 A+iB、A-iBの状态がそれぞれ右回り、左回りに対応しカイラリティを持ちます。

　カイラル超伝导状态は従来基础物理学的な観点から研究されてきましたが、近年ではトポロジカル量子计算（注2）への応用も期待されています。今回の成果は、多くの异常な超伝导特性を示すUTe₂の超伝导状态を明らかにしただけではなく、量子计算技术への応用的な研究も促进することが期待されます。

　本研究成果は2023年5月23日付け（现地时间）で、英国科学誌『Nature Communications』にオンライン掲载されました。

図: UTe₂におけるカイラル超伝导状态のイメージ図

【用语解説】

注１　カイラリティ（掌性）
ある状态を镜に映すと元の状态とは异なる状态になるとき、その状态はカイラリティを有している、と言います。例えば、右手を镜に映すと左手のようになり、右回りの回転をしている物体を镜に映すと左回りの回転をしているように见えるため、これらの状态はカイラリティを有します。超伝导状态の场合には、电子対状态が右回りまたは左回りといった回転の方向性を持つ场合に、カイラル超伝导状态と呼ばれます。

注２　トポロジカル量子计算
物质中のトポロジカルな性质を利用して行う量子计算のこと。トポロジカルに保护された量子状态は一般に不纯物などの外因的なノイズに対して顽强であるため、トポロジカル物质を利用することで环境ノイズに强い量子计算が可能になると期待されています。

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
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（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
Tel： 022-795-6708
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