隠れたゼーマン場の発見によりトポロジカル超伝導の新たな可能性を提示

2026-10-10 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院の強磁場科学センターなどの研究チームは、奇パリティ磁性体(OPM)の電子バンド構造に、従来十分に認識されていなかった「隠れたゼーマン場(HZF)」が存在することを明らかにした。研究成果は学術誌『Physical Review Letters』にオンライン掲載され、Editors’ Suggestionに選出された。研究チームは、三角格子上の f 波磁性体の解析モデルと自己無撞着平均場計算を用い、磁気秩序に由来する非相対論的スピン分裂(NSS)と、時間反転対称性の破れに由来するHZFという、異なる二つの機構を解明した。両者が協調することで電子スピンの向きが制御され、強いゼーマン場が存在しても、通常の s 波超伝導が広い条件下で安定化することが示された。さらに、この機構を利用して、マヨラナ平坦バンドや一方向性マヨラナ端状態などを持つ複数のトポロジカル超伝導相を理論的に構築した。本研究は、外部磁場に依存しない頑健なトポロジカル超伝導の実現に向けた新たな材料設計指針を提供し、耐故障性量子コンピューターの基盤技術への応用が期待される。

隠れたゼーマン場の発見によりトポロジカル超伝導の新たな可能性を提示
Schematic of the OPM/superconductor heterostructure and the mechanism of topological superconductivity: the unique band structure of odd-parity magnets, in which the NSS and the HZF coexist, makes them an ideal platform for realizing topological superconductors and Majorana boundary modes when coupled to a conventional superconductor. (Image by LUO Xunjiang)

<関連情報>

奇パリティ磁石における隠れたゼーマン磁場:トポロジカル超伝導のための理想的なプラットフォーム Hidden Zeeman Field in Odd-Parity Magnets: An Ideal Platform for Topological Superconductivity

Xun-Jiang Luo, Zi-Ting Sun, Xilin Feng, Mingliang Tian, and K. T. Law
Physical Review Letters  Published: 23 September, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/j9m4-386b

Abstract

Odd-parity magnets (OPMs) have emerged as a fundamental class of unconventional magnetism, characterized by time-reversal-preserving nonrelativistic spin splitting (NSS). Despite growing interest, the fundamental understanding of OPMs remains critically incomplete, as previous studies have focused exclusively on NSS while overlooking the intrinsically broken time-reversal symmetry () inherent to magnetic order. In this Letter, we demonstrate that OPMs universally host a hidden Zeeman field rooted in this breaking, which profoundly reshapes their band structure. Through an analytical study of an -wave magnet model, we reveal that the NSS microscopically originates from an emergent gauge field, manifesting as a real-space spin loop-current order in this model. Crucially, the large NSS (eV scale) enables conventional superconductivity to coexist robustly with the hidden Zeeman field, with the Zeeman splitting reaching hundreds of meV. This unique band structure establishes OPMs as an ideal platform for topological superconductors (TSCs), supporting large topological regions. Based on OPMs, we engineer a series of TSCs hosting distinct Majorana boundary modes, including unidirectional Majorana edge states. Our Letter corrects a fundamental misconception about OPMs and establishes them as a versatile platform for field-free and robust TSCs.

1701物理及び化学
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