京都大学、东京大学和东京工业大学的联合研究小组发现,作为磁绝缘体的氯化钌的热霍尔效应具有量子力学定义的普适价值,已经超过 80自从理论预测出来之后,我们成功地证明了“Majorana fermion”。
构成物质的质子和电子称为费米子,它们各自都有一个反粒子(例如,电子的反粒子是正电子)。另一方面,具有粒子和反粒子相同的独特性质的中性费米子被称为马约拉纳粒子,它们的存在于1937年被预测。近年来,有人指出Majorana粒子可能出现在某些超导体和磁性材料中,并在拓扑量子计算机的实现中引起了人们的关注(注)。
在氯化钌的量子自旋液体状态下,一种具有蜂窝状平面结构的磁绝缘体(液体保持在绝对零且自旋方向不变的状态),联合研究组在改变磁性的同时加热恒温场 霍尔电导率(代表热流弯曲的量)以高精度测量。
结果发现,在一定磁场范围内,无论磁场或温度如何,热空穴传导率都是恒定的,恰好是量子力学定义的通用值(量化值)的一半。这种现象被称为“量子霍尔效应”,由于这次是在不允许电流流动的绝缘体中发现的,所以是不带电粒子衍生的量子霍尔效应,这种粒子就是马约拉纳粒子。证实了这一点。
这一次,获得了马约拉纳费米子存在的确切证据,也发现了量子化现象是在高温(约5开尔文)下实现的。通过开发马约拉纳粒子的控制方法,有望应用于即使在高温下也能工作的拓扑量子计算机。
注)即使连续变形也能保持的特性称为拓扑,是利用该特性保护量子信息的稳定的量子计算机。