岡山大，トポロジカル超伝導体を実験的に証明

岡山大学の研究グループは，六角形構造を有する物質Cu_xBi₂Se₃の超伝導状態を核磁気共鳴法を用いて測定し，この物質がトポロジカル超伝導体であることを世界で初めて実験的に証明した（ニュースリリース）。

近年，トポロジーという数学的概念を用いて物理現象を理解する新しい試みが注目を集めている。従来の導電体では表面と内部のトポロジーが同じで，表面も内部も同様に電気を流すと考えられていた。しかし，トポロジカル絶縁体と呼ばれる物質では表面は電気が流れるが内部は電気が流れないという性質を持っている。

トポロジカル絶縁体の表面に流れる電流は従来の導電体に比べてエネルギーロスが少ないなどの特性があり，産業への応用面でも注目を集めている。一方，トポロジカル超伝導体は，その表面状態が量子コンピューターなどの次世代デバイスへ応用できると期待されている。

研究グループは，六角形構造を有する物質Cu_xBi₂Se₃の超伝導状態について，物質内のミクロな状態を測定できる核磁気共鳴法を用いて研究した。この物質はSeまたはBi原子が六角形の構造をしており，SeまたはBi原子が作る面内では三回対称性を持っているが，超伝導転移温度以下では三回対称性が破れ，スピン磁化率が二回対称性を示すことを発見した。

具体的には，Cu_xBi₂Se₃の面内においてある方向に沿ってのみスピン磁化率が減少するが，の他の方向では減少せず，スピン回転対称性が破れた。さらに，研究グループは面に垂直する方向に沿ってもスピン磁化率が減少しないことを見いだした。

これらの結果は，超伝導を担う二つの電子がスピンを平行にして対を作ることを意味している（スピン三重項超伝導）。これまでスピン三重項超伝導体で，スピン回転対称性の破れが理論的に期待されていたが，実際に観測されたのは今回が初めて。スピン三重項超伝導であるという結果によりCu_xBi₂Se₃はトポロジカル超伝導体であることが証明された。

この成果はトポロジカル絶縁体・超伝導研究を大きく前進させるとともに，超伝導研究全体にも重要な知見を与えることになるとしている。