京都大学化学研究所 小野輝男 教授は、大阪大学大学院理学研究科物理学専攻 新見康洋 教授らの研究グループ、同研究科宇宙地球科学専攻 青山和司 助教、同大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻 水島健 准教授、東邦大学理学部物理学科 大江純一郎 教授、中国復旦大学 Xiaofeng Jin 教授、東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 小林研介 教授と共同で、スピン軌道相互作用の強い半金属「ビスマス」と強磁性体金属「ニッケル」を積層させた超伝導薄膜リングにおいて、リング内に捕捉される磁束量子が、通常の整数から半整数（例：1.5、2.5など）へと切り替わる現象を発見しました。このことは、ビスマスとニッケルの薄膜がトポロジカル超伝導体であることを示唆する結果です。
　トポロジカル超伝導体は、量子情報科学の分野で注目されている「マヨラナ準粒子」の実現に不可欠な材料であり、マヨラナ準粒子は環境ノイズに強い耐性を持つ量子ビットとして、次世代の量子コンピュータの構築に大きな可能性を秘めています。現在の超伝導量子コンピュータには主に超伝導ギャップが等方的に開いているスピン一重項s波超伝導体が用いられていますが、超伝導ギャップに異方性があるものや、トポロジカル超伝導体に関しては、未だ使用されたことがありません。
　研究グループは、作製した超伝導薄膜リングに電流を流し、リングを貫く磁場を掃引することで、磁束量子の捕捉数がある磁場を境に整数個から半整数個へと振舞いを観測しました。この現象は、超伝導ギャップの異方性とスピン軌道相互作用が組み合わさることで現れる新しい物理現象であり、この薄膜がトポロジカル超伝導体であることを示唆しています。
　わずかな外部磁場で整数個から半整数個へとリング内に捕捉される磁束量子を変化できる機能は、将来的に超伝導量子コンピュータへの応用が期待できます。

●用語解説●

マヨラナ準粒子：1937年にMajorana（マヨラナ）が理論的に提案した粒子で、粒子がそれ自身の反粒子になる特徴を持つ。特にトポロジカル超伝導体の表面や端では、マヨラナ準粒子は電子の波と正孔（電子の抜けた穴）の波との重ね合わせとして現れる。