松田祐司 理学研究科教授、田中桜平 東京大学博士課程学生、水上雄太 同助教、橋本顕一郎 同准教授、芝内孝禎 同教授、栗田伸之 東京工業大学助教、田中秀数 同教授、藤本聡 大阪大学教授らの研究グループは、韓国科学技術院と共同で、キタエフ模型を実現する候補物質であるα-RuCl3（塩化ルテニウム）において、磁场方向に强く依存するマヨラナ粒子の振る舞いを観测しました。
近年、盛んに研究されているトポロジカル物质においては、电子の状态が持つ特殊な数学的构造のため、试料内部のバルク状态と、试料端のエッジ状态が対応して存在します。これまで、エッジ状态におけるマヨラナ粒子の振る舞いは観测されていましたが、バルク状态におけるマヨラナ粒子の振る舞いはまだ解明されていませんでした。
今回、バルク状态を鋭敏に検出する比热测定を磁场中で精密に行い、キタエフ模型の理论で予测される振る舞いと非常によく一致する磁场方向依存性を観测しました。磁场中におけるマヨラナ粒子の性质が明らかになることで、环境ノイズに强いトポロジカル量子コンピューターを実现する「非可换エニオン」の理解が进展することが期待されます。
本研究成果は、2022年1月31日に、国際学術誌「Nature Physics」にオンライン掲載されました。
図：磁场Hをa轴方向に向けた际のマヨラナ粒子の状态（左図）と、磁场をb轴方向に向けた际のマヨラナ粒子の状态（右図）。H//aでは、试料端におけるエッジ状态としてマヨラナ粒子の流れが出现する。H//bでは、试料内部においてバルク状态としてマヨラナ粒子が多く励起される。【顿翱滨】
O. Tanaka, Y. Mizukami, R. Harasawa, K. Hashimoto, K. Hwang, N. Kurita, H. Tanaka, S. Fujimoto, Y. Matsuda, E.-G. Moon, T. Shibauchi (2022). Thermodynamic evidence for a field-angle-dependent Majorana gap in a Kitaev spin liquid. Nature Physics, 18(4), 429-435.
