令和６年６月６日
東北大学
大阪大学
京都産業大学
高エネルギー加速器研究機構
量子科学技術研究開発機構
科学技術振興機構（ＪＳＴ）
安定して存在するトポロジカルなキラル量子細線を発見
～量子ビットや高効率太陽電池への応用に期待～
ポスト
ポイント
- 黒鉛を薄くしてグラフェンにすると性質が変化するように、トポロジカル絶縁体も薄くすると性質が劇的に変わることが予想されています。
- テルル（Ｔｅ）からなる原子レベルで細い線（量子細線）が、１次元トポロジカル絶縁体であることを明らかにしました。
- 量子コンピューターで処理する情報の最小単位である量子ビットや高効率太陽電池といった応用につながる可能性があります。
金属、絶縁体、半導体に次ぐ固体の新しい状態であるトポロジカル絶縁体は、次世代の超低消費電力デバイスへの応用が期待されており、その基礎となる理論研究に２０１６年のノーベル物理学賞が授与されるなど、大きな注目を集めています。また、２０１０年にノーベル物理学賞を受賞した、グラフェンの発見を契機に、新しい機能性材料として、原子１個から数個分の厚さの薄膜や量子細線の研究が世界中で進められています。究極的に小さな量子細線のトポロジカル絶縁体は、これら固体物理の重要テーマが交差する領域の興味深い研究対象であり、理論的には研究されていますが、安定して存在する理想的な物質が見つかっておらず、実際の物質での計測結果などを元にした性質の理解は進んでいません。東北大学、大阪大学、京都産業大学、高エネルギー加速器研究機構、量子科学技術研究開発機構の共同研究グループは、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）と高輝度放射光を用いた実験と理論計算により、テルルの量子細線が１次元トポロジカル絶縁体であることを明らかにしました。この成果は、バルク結晶（３次元）や薄膜（２次元）形状をした既存のトポロジカル絶縁体とは異なる性質が期待される１次元トポロジカル絶縁体の基礎研究の進展に加えて、量子ビット（量子コンピューター）や高効率太陽電池などの実現に道を開くものです。
本研究成果は２０２４年６月６日、科学誌「Ｎａｔｕｒｅ」に掲載されます。
本成果は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ 「全結晶方位ＡＲＰＥＳ法による新規トポロジカル材料開拓」（ＪＰＭＪＰＲ１８Ｌ７）（研究代表者：中山 耕輔）、同 ＣＲＥＳＴ 「ナノスピンＡＲＰＥＳによるハイブリッドトポロジカル材料創製」（ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ１）（研究代表者：佐藤 宇史）などの助成により得られました。マイクロＡＲＰＥＳ装置を用いた実験は高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 放射光共同利用実験課題（課題番号：２０２１Ｓ２－００１）により実施しました。
＜プレスリリース資料＞
＜論文タイトル＞
- “Observation of edge states derived from topological helix chains”
- ＤＯＩ：10.1038/s41586-024-07484-z
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
中山 耕輔（ナカヤマ コウスケ）
東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 助教
E-mail：k.nakayamaarpes.phys.tohoku.ac.jp
佐藤 宇史（サトウ タカフミ）
東北大学 材料科学高等研究所 教授
Tel：022-217-6169
E-mail：t-satoarpes.phys.tohoku.ac.jp
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＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp
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＜報道担当＞
東北大学 大学院理学研究科 広報・アウトリーチ支援室
Tel：022-795-6708
E-mail：sci-prmail.sci.tohoku.ac.jp
大阪大学 基礎工学研究科 庶務係
Tel：06-6850-6131
E-mail：ki-syomuoffice.osaka-u.ac.jp
京都産業大学 広報部
Tel：075-705-1411
E-mail：kouhou-bustar.kyoto-su.ac.jp
高エネルギー加速器研究機構 広報室
Tel：029-879-6047
E-mail：presskek.jp
量子科学技術研究開発機構 国際・広報課
Tel：043-206-3026
E-mail：infoqst.go.jp
科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp
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