大阪大学大学院理学研究科物理学専攻の新見康洋教授らの研究グループは、同研究科宇宙地球科学専攻の青山和司助教、同大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻の水島健准教授、東邦大学理学部物理学科の大江純一郎教授、京都大学化学研究所の小野輝男教授、中国復旦大学のXiaofeng Jin教授、東京大学大学院理学系研究科物理学専攻の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。

本研究成果は、米国科学誌「Science Advances」に、2025年9月4日（木）午前３時（日本時間）に公開されました。

(左)酸化マグネシウム基板上に成長させた強磁性金属ニッケル(2 nm)と半金属ビスマス(35 nm)の2層薄膜の模式図。(右)薄膜リングデバイスの模式図。H ⃑は印加した外部磁場。

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• 大阪大学 大学院理学研究科 物理学専攻 ナノスケール物性研究室

〈共同リリース機関HP〉

• 東邦大学
  https://www.toho-u.ac.jp/press/2025_index/20250904-1528.html
• 東京大学
  https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/10902/