日本理化學研究所（簡稱「理研」）、東京工業大學及東京大學組成的聯合研究小組在拓撲超導體FeTe0.6Se0.4（Fe：鐵、Te：碲、Se：硒）的量子漩渦中，成功觀測到了馬約拉納粒子的特徵——零能量束縛態（ZBS）。
圖：被量子漩渦（超導電流的漩渦）束縛的馬約拉納粒子（黃色）的檢測示意圖
此次的研究成果可能會成爲檢測和控制馬約拉納粒子的基礎，利用馬約拉納粒子有望實施新一代量子電腦。
固體中存在電洞和電子等費米子，這些費米子在物質的各項性質中發揮着重要作用。通常，這些粒子中存在可以區分的反粒子。比如，帶負電荷的電子就是帶正電荷的正電子的反粒子。粒子與反粒子可以透過電荷符號的差別進行區分。但從理論上來說，可能存在無法區分粒子與反粒子、即電荷既非正也非負的（中性）粒子，這種粒子被稱爲「馬約拉納粒子」。
馬約拉納粒子不帶電，是能量絕對爲零的神奇粒子，相關研究人員認爲這種粒子局部存在於拓撲超導體的邊緣部分以及超導電流的渦流——量子漩渦中。馬約拉納粒子作爲抗噪音的新一代量子計算的基本要素備受期待，研究人員一直嘗試透過實驗來驗證馬約拉納粒子的存在。但在此前的測量中，由於能量解析度不足，未能獲得決定性的證據。
此次，聯合研究小組相中了拓撲超導體的候選物質FeTe0.6Se0.4（Fe：鐵、Se：硒、Te：碲）。這種物質是研究人員比較熟悉的一種鐵基超導體，最近還有研究指出其表面存在二維拓撲超導，是一種超導轉變溫度相對比較高的物質（超導轉變溫度爲14.5K，約-258.7℃）。另外，預計在這種物質的量子漩渦中，馬約拉納粒子的ZBS與普通電子的束縛態之間的能量差相對比較大，約爲100微電子伏特（μeV，1μeV爲100萬分之1電子伏特），可以說是一種適合檢測馬約拉納粒子的物質。
聯合研究小組爲了實施前所未有的高能量解析度（20μeV），新開發了可在100mK以下超低溫環境工作的掃描隧道顯微鏡（STM），詳細調查了FeTe0.6Se0.4的量子漩渦附近的狀態，最終成功觀測到了能量爲零的束縛態。這種狀態不能用普通電子來解釋，強烈表明其來自於量子漩渦中局部存在的馬約拉納粒子。
研究論文預定在英國科學期刊《自然材料》（Nature Materials）上發表，已於6月17日率先發布在網路版。
(日文全文)
文：JST客觀日本編輯部
