東大ら、マヨナラ粒子の観測に成功

東京大学(東大)、東京工業大学(東工大)、大阪大学(阪大)、京都大学(京大)、科学技術振興機構は2月1日、低温環境下ではスピンが秩序化しない量子スピン液体状態が実現される
「キタエフ模型」の候補物質「塩化ルテニウム」(a-RuCl3)において、磁場方向に強く依存する「マヨラナ粒子」の振る舞いを観測したと発表した。
同成果は、東大 東大大学院 新領域創成科学研究科の田中桜平大学院生、同・物質系専攻の水上雄太助教、同・橋本顕一郎准教授、同・芝内孝禎教授、東工大 理学院物理学系の栗田伸之助教、
同・田中秀数教授、阪大大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻の藤本聡教授、京大大学院 理学研究科の松田祐司教授に加え、韓国科学技術院の研究者も参加した国際共同研究チームによるもの。
詳細は、英科学誌「Nature」系の物理学全般を扱う学術誌「Nature Physics」に掲載された。

2006年にアレクセイ・キタエフにより理論的に提案された蜂の巣格子上の量子スピン模型「キタエフ模型」は、
量子力学的な揺らぎの効果により、低温ではスピンが秩序化しない量子スピン液体と呼ばれる状態が厳密解として得られることが知られている。
このキタエフ量子スピン液体状態は、スピンが粒子と反粒子が同一となる粒子「マヨラナ粒子」で記述されるという特異な性質を持つことから、マヨラナ粒子の探索が進められている。

キタエフ模型に磁場をかけると、系の状態が自明でないトポロジーを持つことが理論的に提案されており、
それによりマヨラナ粒子の試料端でのエッジ状態と、試料内部でのバルク状態という2つの対応する状態(バルク・エッジ対応)がそれぞれ出現するとされるが、
これまでキタエフ量子スピン液体の候補物質であるa-RuCl3において、エッジ状態におけるマヨラナ粒子の振る舞いは観測されていたものの、
バルク状態におけるマヨラナ粒子の振る舞いはまだ良くわかっていなかったという。

東大など、キタエフ模型を実現する候補物質で「マヨラナ粒子」の観測に成功
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220202-2263477/