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Imamura*, Y. Mizukami, O. Tanaka, R. Grasset, M. Konczykowski, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Matsuda, M. G. Yamada, K. Hashimoto and T. Shibauchi* DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011045 URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.14.011045 研究助成 本研究は科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業CREST「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」（研究代表者：松田祐司）[JPMJCR19T5]、科学研究費新学術領域研究（研究領域提案型）「量子液晶の物性科学」（領域代表：芝内孝禎）[JP19H05824]等の助成を受けて行われました。 用語解説 （注1）トポロジカル量子コンピューター従来の量子コンピューターとは異なる物理系を用いて、量子計算を行う次世代型の量子コンピューターである。外乱に対して強いトポロジカルな性質を利用するため、周囲の環境の変化に強く、本質的にエラーを起こしにくいコンピューターになると期待される。 （注2）マヨラナ粒子1937年にエットーレ・マヨラナにより理論的に提案された素粒子である。一般的に、電子等に代表される粒子には、その電荷などの性質が反対となる反粒子が存在する。例えば電子の場合は、陽電子がその反粒子である。これに対し、マヨラナ粒子は、粒子と反粒子が同一となる性質を持つ。 （注3）非可換エニオン通常の三次元空間において粒子はボーズ粒子とフェルミ粒子に分けられる。数学的には、ボーズ粒子においては、二つの粒子の入れ替え操作に対してその波動関数に1がかかり、フェルミ粒子においては、－1がかかる。一方、二次元空間においては、より一般的に二つの粒子の入れ替え操作により波動関数に±1以外の複素数がかけられる粒子が考えられ、これはエニオンと呼ばれる。通常のエニオンにおける粒子の入れ替え操作は、波動関数の位相が変化するのみとみなせるが、これに対して粒子の入れ替え操作により、もとの状態と全く異なる状態になってしまう場合があり、これを非可換エニオンという。 （注4）キタエフ模型2006年にアレクセイ・キタエフにより理論的に提案されたスピン模型。蜂の巣格子上に配置された1/2スピンが、三つの隣接するスピンと、互いに異なる方向を向くような相互作用を持つ（図1）。これにより、スピンがある特定の方向を向けないフラストレーションが生じ、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。この状態は、1/2スピンが分裂し、マヨラナ粒子が動き回る描像で記述することができることが厳密に示された。 （注5）量子スピン液体、キタエフ量子スピン液体物質中のスピンは多くの場合、何かしらの相互作用により、低温で向きが揃ったり、特定のパターンを示したりする磁気秩序状態を示す。これは、スピンの自由度が凍結した一種の固体状態とみなせる。一方で、スピンに量子力学的な揺らぎが強く働く場合、低温であってもスピンの秩序化が阻害されることがある。このように、量子力学的な効果に起因してスピンの自由度が凍結しない、いわば液体のような状態が実現される。この状態のことを量子スピン液体と呼ぶ。量子スピン液体においては、新奇な粒子が存在する可能性が提案されている。キタエフ模型は、基底状態に厳密解としてこのような量子スピン液体状態（キタエフ量子スピン液体）を持つことが知られている。従来の量子スピン液体に比べ、理論的に厳密に扱うことができることに加え、マヨラナ粒子という特殊な粒子の存在から非常に注目されている。 （注6）アンダーソン弱局在量子力学に従う粒子は波動的な性質を持つため、乱れたポテンシャルによる波動の干渉効果により、粒子が空間的に局在する現象である。例えば、金属を極低温まで冷やすと、電子が不純物などにより散乱され、その散乱波同士が量子干渉を起こすことにより、電子が空間的に局在し、絶縁体となることがある。絶縁体になる前の前駆的な現象を弱局在とよび、弱局在領域では、特殊なスケーリングが成り立つことが知られている。 関連研究室 芝内・橋本研究室 　　　　　 お問い合わせ 新領域創成科学研究科 広報室 関連教員 芝内　孝禎 橋本　顕一郎 前へ 次へ お知らせ一覧へ戻る 全て ヘッドライン ニュース イベント 記者発表 研究成果 受賞 / 表彰 人事公募 奨学金情報 内部連絡・フロンティアネット サイトポリシー プライバシーポリシー All Rights Reserved, Copyright(C), Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo 研究科について 教育 研究 産学連携・社会連携 入試情報 国際交流 入学を希望される方へ 在学生の方へ 修了生の方へ 企業の方へ 海外の方へ 学内関係者の方へ サイトポリシー プライバシーポリシー 内部連絡・フロンティアネット All Rights Reserved, Copyright(C), Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo