インドのIISER Bhopal研究所の実験室で、科学者たちは二アンチモン化イッテルビウムYbSb₂の結晶を合成し、予想外の挙動を発見した。この物質は摂氏約マイナス272度で超伝導状態に転移し、同時に自発的に微小な内部磁場を生じさせたのである。
通常の超伝導体は磁場への反応によって二つのクラスに分けられる。I型は特定のしきい値で急激に超伝導性を失い、II型は磁気渦の侵入を許す。これまで時間反転対称性の破れ——時間を逆回しにすると物理法則が異なって見えること——は、非従来型のII型超伝導体だけの特徴と考えられてきた。
外部磁場をかけないミュオンスピン分光法の実験で、装置は超伝導状態への転移のまさにその瞬間に磁場が自発的に出現するのを捉えた。磁場は時間反転で向きを変えるため、これは時間反転対称性の破れの直接的な証拠である。
熱容量と抵抗の追加測定により、YbSb₂が完全に禁止されたギャップを持つ古典的なI型超伝導体にとどまることが確認された。この物質中の電子は非従来型の三重項クーパー対を形成し、そのスピンは互いを打ち消し合わず、固有の磁気モーメントを生み出している。
理論計算により、この物質はトポロジカル金属に属し、表面にギャップのないマヨラナモード——自身が反粒子である準粒子——を支えられることが示された。こうした状態は外部の妨害に対して安定であり、量子計算への応用が期待される。
この発見は、異常な量子特性が「単純な」I型超伝導体にさえ潜んでいる可能性を示し、将来の技術に向けた材料の範囲を広げるものである。
