トポロジカル絶縁体の未来。

富永 ── この材料で全て置き換えられたら面白いですね。このメモリとDRAM、光通信も全て混載して機能を実現できたら面白いです。

知京 ── これができたら夢のある話ですね。これまでは、他の材料と組み合わせるから界面の問題や整合性の問題が出てきて、みんな苦しめられてきたのですが、一つの材料がいろんな目的に使われるのであれば、苦労しなくて済みますね。いわばスーパーマテリアルというか、これを使ったデバイスが普及するというのは夢のような話です。 ところで、この材料は透明なのですか？薄いものですか？

富永 ── 薄ければ光は通ります。

知京 ── そうすると、フレキシブルな薄い透明なガラスの上にデバイスを作れる可能性がありますね。今まで大変だったことが実現できることになります。

富永 ── 実際に、ガラスの上に超格子デバイスを作ることに成功しています。2014年に発表しています。基板温度はそれほど高くありません。これも2014年の10月に学会発表しています。

知京 ── 僕らが昔、ガラスの上をさわるとディスプレイが表示されるという光景をSFなどで見ましたが、全て透明な中で操作できて、通信もできることが夢ではなくなります。

富永 ── 2014年の8月号か7月号のネイチャーに、オックスフォード大学の研究者が、光と電気を組み合わせ、ディスプレイと何かを組み合わせるというような論文を出しています。あれは衝撃的でした。相変化膜を使ったディスプレイを作っているのです。

知京 ── 将来は、窓や壁にディスプレイ表示を映したり、部屋の中で一部エレクトロクロミック^＊5のように遮光して真っ暗の状態で何かを映したり、窓ガラスがディスプレイになって、そこでプレゼンするといった時代が来るかもしれませんね。もうプロジェクタを持ってくる必要がなくなり、ディスプレイのある場所まで無線LANでデータを送りそれをスマホくらいのPCで受けるというような時代になるかもしれませんね。 デバイスとしてのスイッチング速度はどのくらいですか？

富永 ── 速いです。ピコ秒^＊6くらいです。

知京 ── では実用化するための問題は何でしょうか？大型化とか、コストとか。

富永 ── 今、研究が始まったところです。欧州でプロジェクトが始まったところで、今追試を行っているところです。その中で、いろいろな発見に遭遇しているところです。我々はCREST^＊7で2014年10月からメモリ以外の応用を目指そうとしています。例えば、超格子膜には光磁気特性があります。カー回転^＊8を起こすと、通常の強磁性体が示すヒステリシス曲線とは違って、ミラー（鏡面）対称の曲線を描きます。これは14年7月に論文が出ていますが、面白いことに440K（167℃）以上で磁性体になるのです。通常の強磁性体では、キュリー点^＊9という高い温度の手前で磁性が観測されますが、今回はその逆で、高温にならないと磁性特性が発現しないのです。非常に不思議です。

富永 ── これは時間反転対称性を壊しています。その温度以上では、相転移が起こり、時間反転対称性が壊れるために、磁気特性が現れてカー回転を示します。なぜミラー対称になるのか、まだ分かっていません。理論物理学者も参加してくれてその現象の解明を進めています。材料研究者、物理学者、デバイス研究者などが楽しんでいる段階です。

知京 ── 良い材料は最初から良い特性を示します。これは非常にポテンシャルの高い材料だと思います。苦節何十年でモノになる材料もありますが、このトポロジカル絶縁体材料は、短期間でいろんな現象がわかって、しかも明確な特性が出ていますので、その内のいくつかは比較的早く実用化に行くのでしょうね。

富永 ── 我々が見ていて不思議に思うのですが、これまでの3~5Kという極低温の実験で観測されたのはノイズのような小さなデータでした。トポロジカル絶縁体ほどくっきりとその特性を見せた材料はありません。従来の常識では考えられないほどの明確さです。自分たちが測定していても、まさか、こんな値が出るのは信じられないと思うのですが、他の3ヶ所の研究所でも追試してくれて、やはり同様なデータが得られているので、自分たちの実験が正しいと安心しています。サンプル要求も多く、作って欲しいという大学もあります。欧州以外の海外では、米国でも始めています。

知京 ── まさに新しい物理を開拓しつつあるので、将来のノーベル賞級の発見になりそうな期待があります。楽しみです。

富永 ── 実用化されれば可能性はありますが、期待しないで待っています。欲を出すと良くないですから。

知京 ── 身近な材料で全く新しい発見につながったことは、温故知新と言いますか、材料って奥が深いなあ、と感じます。探し求めてようやく見つけたのではなく、「あれ？この材料はこんな性質があったの」ということは、精製や純度などの問題をある程度クリアしているはずなので実用化が楽しみです。