発表のポイント
- 次世代量子技術の鍵とされる量子スピン液体の有力候補、塩化ルテニウム（α-RuCl3）におけるスピン情報を電気信号として検出することに成功しました。
- 白金（Pt）と接合した電気デバイスを作製し、磁場の向きの変化に応じた電気抵抗の周期的な変化を捉えました。この振る舞いは量子スピン液体と考えられる状態を含む様々な磁気状態において共通して発現することを、初めて明らかにしました。
- 本成果は、量子スピン液体を「測る・操る」ための新しい手法を提示するものであり、集積可能なデバイスへの可能性を含め、トポロジカル量子コンピューターなど次世代エレクトロニクスへの大きなブレイクスルーとなります。
概要
現在、量子コンピューターの開発において、外部ノイズによる計算エラーの克服が最大の課題となっています。その解決策として期待されるのが「量子スピン液体」状態です。この状態は図形的な性質（トポロジー）により情報を保護するため、ノイズ耐性の高い量子計算を可能にします。しかし、有力候補物質のα-RuCl3は電気を通さない絶縁体であり、内部のスピン情報を電気的に測定・操作する手法がないことが実用化の大きな障壁でした。
今回、井土宏 東京大学大学院理学系研究科特任准教授（研究開始時 東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）助教）、Yong P. Chen東北大学金属材料研究所教授（材料科学高等研究所（WPI-AIMR）兼務）、木俣基 日本原子力研究開発機構研究副主幹（研究当時 金属材料研究所准教授）らの研究グループは、α-RuCl3にPtを接合した電気デバイスを作製しました。図1に示すようにPt層に電流を流しながら面内磁場方向を回転させ、デバイスの抵抗変化を検出することで、隣接するα-RuCl3内部のスピン情報を抽出することに成功しました 。
本成果は2026年4月22日（現地時間）、物理学の専門誌Newtonに掲載されました。
詳細
- プレスリリース本文 [PDF: 1MB]
- Newton [DOI: 0.1016/j.newton.2026.100505]
図1. スピン素子の模式図（上図）、格子上の異方的相互作用によるスピン液体（下段左図）、電気的な振動信号（下段中央図）、交差方向のスピン異方性が幅広く観測された（下段右図）。
量子表面界面科学研究部門