強磁場中で超伝導維持―次世代量子コンピューター実現も：物質・材料研究機構ほか
(2021年3月5日発表)
（国）物質・材料研究機構と大阪大学、北海道大学の研究チームは3月5日、次世代の量子コンピューター実現に向けた超伝導体の開発につながる新現象を発見したと発表した。代表的な超伝導物質「インジウム」を原子レベルの超薄膜結晶にすると強磁場中でも超伝導状態を維持できることを見出だした。次世代量子コンピューター素子を実現するための特殊な超伝導体「トポロジカル超伝導体」の開発に役立つと期待している。
トポロジカル超伝導体は、超伝導体に磁性体を組み合わせることで内部に発生する超伝導電流の渦を利用し量子情報を長時間保持できる。そのため複雑な演算が可能な革新的な量子コンピューターの実現につながると期待されている。ただ、従来は超伝導体に磁性体を近づけると超伝導状態が壊れてしまうという問題があった。
これに対し研究チームは今回、インジウムを原子レベルの厚さにまで削った超薄膜結晶を用いると、強い磁場中に置かれても超伝導が壊れないことを発見した。そこでインジウムの二次元薄膜を作製、極低温・強磁場の環境下に置いて測定を試みたところ、特定方向の磁場に対して超伝導が極めて安定的に保たれることが分かった。従来は5.5～5.8T（テスラ、磁場の強さの単位）で超伝導が壊れたが、試作薄膜では最大16～20Tまで超伝導状態が維持できた。
さらに研究チームは、強い磁場中で超伝導が壊れないメカニズムについても、電子が持つ極微の磁石「スピン」の向きと電子の運動方向が関係していることを実験的・理論的に明らかにした。今回の実験結果については、インジウムを原子レベルの厚さの結晶にしたことで「このメカニズムが従来比で数十倍から1,000倍程度も強く働いた」と、研究チームは話している。
今後はこの成果を応用して、より高い臨界磁場を持つ超伝導薄膜の開発に取り組むことにしている。
