大阪大学研究生院基础工学研究科物质创成专业的研究生松下太树和安藤慈英及水岛健副教授和藤本聪教授、东北大学研究生院工学研究科应用物理学专业的正木祐辅助教，以及美国路易斯安那州立大学物理学研究科的Ilya Vekhter教授组成的国际研究团队，从理论上阐明了拓扑超导——来自螺旋库珀对的自旋传导现象。
图：向拓扑超导阶梯式加温时发生的自旋传导模式图。杂质造成的电子散射受到螺旋库珀对的影响，上自旋电子与下自旋电子向不同方向散射。在垂直于施加温度梯度的方向上产生自旋流。（供图：大阪大学）
为了实现拓扑量子计算机，证实拓扑超导是重要的课题。拓扑超导难以证明的原因之一是，尚未明确拓扑超导体固有的输送特性。
为此，研究团队为明确源自螺旋库珀对的输送特性，着眼于施加温度梯度时产生的自旋传导进行了研究，发，拓扑超导中的电子在物质中所含杂质的作用下散射时，会受到螺旋库珀对的影响。受此影响，杂质会根据其自旋方向朝着不同的方向散射电子。在依赖于电子自旋的杂质散射作用下，温度梯度会在垂直于其施加方向上引发自旋传导，从而引起自旋能斯特效应。
此次明确的自旋能斯特效应是源于拓扑超导体中存在的螺旋库珀对的输送特性，在拓扑候选物质中观测到这种自旋传导现象就可以证明螺旋库珀对的存在。此次的研究提供了证明拓扑超导中源螺旋库珀对存在的具体方法，有助于理解现实物质中的拓扑超导性和马约拉纳准粒子。
正木助教表示：“明确自旋能斯特效应有助于证明现实物质中的拓扑超导以及明确作为拓扑量子计算机基础的马约拉纳准粒子。另外，还有望超越拓扑物质科学的框架，向利用温差控制超导体中的电子自旋的超导自旋热电子学领域发展。”
【词注】
■螺旋库珀对：超导体是随着电子形成名为库珀对的电子对而实现的。库珀对根据自旋自由度的有无大致分为自旋单重态对和自旋三重态对。螺旋库珀对是自旋三重态对的一种，指向上的自旋电子对和向下的自旋电子对相互逆向做圆形轨道运动的库珀对。
【论文信息】
期刊：Physical Review Letters
题目：Spin-Nernst Effect in Time-Reversal-Invariant Topological Superconductors
DOI：doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.097001
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
