材料科学：グラフェンナノリボンにおけるロバストなトポロジカル量子相のエンジニアリング
Nature 560, 7717 doi: 10.1038/s41586-018-0375-9
はっきりと異なるトポロジカル物質相の間の境界は、スピン–運動量ロッキングされた輸送チャネルやマヨラナフェルミオンなどの、ロバストだがエキゾチックな量子状態を担持する。そうした状態をスピントロニクスデバイスに用いたり量子情報技術のキュービットとして用いたりするという考えが、物性物理学における現在の研究の強力な推進力となっている。量子状態のトポロジカル特性は、ドープしたトランス型ポリアセチレンの伝導性を、分散のないソリトン状態の観点から説明するのに役立っている。スー、シュリーファー、ヒーガー（SSH）は、彼らの先駆的な論文において、こうしたエキゾチック量子状態を一次元強結合模型を用いて記述した。SSH模型は、一次元におけるカイラルトポロジカル絶縁体、電荷の分数化、スピン–電荷分離を記述するので、低温原子、フォトニクス、音響学的実験構成においてSSHハミルトニアンを実現すべく数多くの取り組みが行われてきた。しかし、付随する量子状態を利用するには、トポロジカル電子相を合理的に設計して、安定で加工可能な材料を作ることが望ましい。今回我々は、SSHハミルトニアンによって記述される価電子構造を示すロバストなナノ材料を設計するための、原子精度のグラフェンナノリボンに基づく柔軟な手法を報告する。我々は、アームチェアエッジ型グラフェンナノリボン同士の接合においてトポロジカル境界状態の周期的結合を制御して、自明および非自明な準一次元電子量子状態を作り出したことを実証する。この手法によって、トポロジカル電子バンドを、近接誘起されたスピン–軌道結合や超伝導のエネルギースケールに近いバンド幅に調節できる可能性があり、キタエフ的なハミルトニアンやマヨラナ型終端状態が実現される可能性がある。
