「トポロジー」と「対称性の破れ」の交差点
――鉄系超伝導体における新たな量子状態の発見――
  1. 発表のポイント

    • 鉄系超伝導体 FeSe1-xTexの一部組成において、超伝導転移とともにバルクで自発的な磁場が発生し、 時間反転対称性の破れを伴う超伝導状態が実現することを明らかにしました。
    • FeSe1-xTexはトポロジカル表面状態を持つことが知られており、時間反転対称性の破れた超伝導が トポロジカルな電子構造と共存することが直接示されたのは本研究が初めてです。

  2. 概要
    　東京大学大学院新領域創成科学研究科の六本木雅生大学院生 (研究当時／現在：理化学研究所研究員)、石原滉大助教、橋本顕一郎准教授、芝内孝禎教授、同大学低温科学研究センターの藤井武則助教、東京都立大学大学院理学研究科の水口佳一准教授、山下愛智助教、東北大学大学院理学研究科の水上雄太准教授、弘前大学大学院理工学研究科の渡辺孝夫教授(研究当時)らのグループは、コロンビア大学、ブリティッシュコロンビア大学、マクマスター大学などの研究グループと共同で、鉄系超伝導体FeSe1-xTexの一部組成において時間反転対称性が破れた新奇な超伝導状態が実現していることを明らかにしました。本研究では、ミュオンスピン緩和法（μSR）という物質内部の磁気に関する微細構造を高感度に測定できる手法を用いて、FeSe1-xTexの電子状態を調査しました。その結果、時間反転対称性の破れを示す明確な証拠が発見されました。 特にTe量(x) 0.64 という組成では、トポロジカル表面状態とマヨラナ準粒子の存在が示唆されており、本研究によりトポロジカルな電子構造と時間反転対称性の破れた超伝導が物質内部（バルク）で同時に存在することが明らかになりました。このような超伝導状態では、トポロジカル絶縁体に磁性を導入した磁性トポロジカル絶縁体における「ディラックギャップ」と類似した現象が超伝導状態でも現れる可能性があり、量子情報科学に応用が期待される新たな現象の探索につながると期待されます。 本研究成果は2025年7月23日付けで、英国科学誌 Nature Communications にオンライン掲載されます。
  3. 論文情報
    雑誌名
    Nature Communications
    題名
    Topology Meets Time-Reversal Symmetry Breaking in FeSe1-xTex Superconductors
    著者名
    ：M. Roppongi*, Y. Cai, K. Ogawa, S. Liu, G. Q. Zhao, M. Oudah, T. Fujii , K. Imamura, S. Fang, K. Ishihara, K. Hashimoto, K. Matsuura, Y. Mizukami, M. Pula, C. Young, I. Markovic, D. A. Bonn, T. Watanabe, A. Yamashita, Y. Mizuguchi, G. M. Luke, K. M. Kojima, Y. J. Uemura*, and T. Shibauchi*
    DOI
    10.1038/s41467-025-61651-y
    URL
    https://doi.org/10.1038/s41467-025-61651-y

  4. 関連リンク

    詳細は東京大学新領域創成科学研究科のホームページをご覧ください。


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