研究課題
ごく最近、キタエフ量子スピン液体の候補物質である二次元蜂の巣格子を持つ磁性絶縁体α-RuCl3において、マヨラナ粒子の存在を示唆する半整数量子熱ホール効果が観測され、マヨラナ粒子を利用した環境ノイズに強い次世代トポロジカル量子計算の実現に向けて大きな注目を集めている。しかしながら、現実の物質中で、外部摂動に対して、どの程度マヨラナ粒子が安定的に存在しうるのかはほとんど明らかにされていない。そこで本研究では、キタエフ量子スピン液体物質α-RuCl3において、マヨラナ粒子が発現する条件とその安定性を明らかにした上で、トポロジカル量子相を制御する実験手法を確立することを目指している。そのためには、マヨラナ粒子に由来する創発準粒子の出現の有無を規定するトポロジカル不変量(チャーン数)を実験的に決定することが重要となる。当該年度は、α-RuCl3において、2次元ハニカム格子面内で磁場印加方向を回転させながら比熱測定を行い、理想的なキタエフ量子スピン液体において期待される6回対称性を示すことを明らかにした。この結果は、現実物質であるα-RuCl3において、マヨラナ準粒子が存在することを示唆する結果と矛盾しない。また、理想的なキタエフ量子スピン液体に非キタエフ項が加わると、面内からずれた磁場角度方向に対して、摂動の大きさに応じて、特徴的なチャーン数の角度依存性を示すことが理論的に指摘されている。そこで当該年度は、チャーン数の3次元磁場角度依存性を詳細に調べるために、無冷媒希釈冷凍機と2軸回転機構を組わせ、極低温下で比熱の3次元磁場角度依存性を測定できる実験系を構築した。次年度以降に、本システムを用いて、非キタエフ相互作用がキタエフ量子スピン液体の発現に与える影響を定量的に評価する予定である。
2: おおむね順調に進展している
当初予定していた通り、無冷媒希釈冷凍機と2軸回転機構を組わせ、極低温下で比熱の3次元磁場角度依存性を測定できる実験系を構築しており、これを足掛かりに、現実物質において、非キタエフ相互作用がキタエフ量子スピン液体の発現に与える影響を定量的に評価することが可能であると判断したため。
すでに、次年度以降に、本システムを用いて、非キタエフ相互作用がキタエフ量子スピン液体の発現に与える影響を定量的に評価する予定である。た、電界効果による新奇トポロジカル相の探索も行う。キタエフ量子スピン液体においては、キャリアドープや金属との近接効果によりトポロジカル超伝導が出現する可能性が理論的に指摘されているため、電界効果によるキャリアドープを行うことで、新奇超伝導相を探索する。
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すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (22件) (うち招待講演 3件) 備考 (1件)
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