Nicholas Kurti科学賞を受賞したAngelo Di Bernardo教授と
Alexander Grimm博士へのQ&A

オックスフォード・インストゥルメンツのナノサイエンスでは、Angelo Di Bernardo教授とAlexander Grimm博士にインタビューを行い、Nicholas Kurti科学賞の共同受賞者としての心境と、今後の研究の方向性について伺いました。

Angelo Di Bernardo教授（コンスタンツ大学Associate Professor）

本賞は、超伝導体／強磁性体ハイブリッドにおけるスピン偏極状態（スピン三重項）の分光学、強相関電子系物質や低次元物質の表面・界面に存在する新しい結合効果や量子相の発見における Di Bernardo教授の業績を評価するものです。

Di Bernardo教授の研究はこちら

Nicholas Kurti科学賞を受賞されたご感想は？

「Nicholas Kurti科学賞は、私が研究者としてのキャリアを通じて、献身的かつ情熱的に取り組んできた研究活動の重要性を認めてくれたもので、この栄誉ある賞を受賞したことを光栄に思っています。

受賞の知らせを受けた後、私はすぐにこの喜びを大切な人たちと分かち合いました。成功を分かち合いながら味わったこの感情は、きっと私のこの功績を忘れがたい特別な瞬間に変えてくれたことでしょう。」

応募された研究について、もう少し詳しく教えてください。

「このたびのNicholas Kurti科学賞の受賞は、異なる性質を持つ物質の表面や界面に存在するいくつかの状態を発見したことと、これらの状態に由来する効果を低散逸超伝導エレクトロニクスに利用することに焦点を当てた研究に対して与えられました。

私はこれまで、超伝導スピントロニクスの分野で重要な貢献をしてきました。現在、私が率いるコンスタンツ大学の研究グループでは、エネルギー散逸の少ないスピントロニクスデバイスの実現を目指して、非ヌルスピンを担うスピン三重項超伝導の研究を行っています。

キャリアの初期には、スピン三重項状態が存在することを初めて直接証明しました。その後、高温超伝導体と結合した単層グラフェンや、キラル分子と超伝導体の界面で、スピン三重項状態が引き起こされることを実証しました。

このほか、高温超伝導体を媒介とした強磁性体間の未知の結合の発見や、非通常型超伝導体Sr2RuO4の表面における未知の磁気相の存在を最近明らかにしたことも、Kurti賞の対象となった成果です。これらの物理効果や未知の相は、いずれも基礎物理学的に興味深いだけでなく、新しい超伝導デバイスへの道を開く可能性があります。」

研究の中で、特に自信を持っている部分はありますか？

「特に誇りに思っているのは、私のプロジェクトの中には、ばかばかしいと思われるようなアイデアから生まれたものがあることです。たとえば、親しい共同研究者に、高温超伝導体の上にグラフェンを置くと、新しいタイプの超伝導を引き起こすことができるのではないかと提案したところ、グラフェンの単層では下の超伝導体のオーダーパラメーターが変化しないので不可能だとの答えが返ってきました。しかし、私はどうしてもこのプロジェクトを遂行したいと思い、その結果、私の仮説が正しかったことが証明されました。

同様に、酸化物高温超伝導体を用いて、それを挟む2つの強磁性絶縁体を結合させることができるという私の直感は、当時得られていたすべての理論に反していました。再び研究室に戻り、数カ月にわたって試料の成長と特性を最適化し、低温測定で期待通りの結果を得ることができました。

最後に、最近、Sr2RuO4 の表面で低エネルギーミュオン分光法を使って表面磁性を探そうと決めたとき、多くの専門家は、他の多くのグループが試みて成功しなかったので、磁性の証拠は見つからないだろうと思っていました。しかし、これまでの経過を見ると、私が直感に従ったのは正しかったと思います。」

今後の研究の方向性について教えてください。

「私は現在、コンスタンツ大学で指導させていただいている多くの有能で意欲的な若手研究者からなる研究チームの支援を受けながら、さまざまなテーマに取り組んでいます。私たちは、未知の物理現象や効果を発見することを目的に、さまざまな物理システムに新材料を組み込んでテストすることに取り組んでいます。発見した新しい効果に基づいて、低散逸デジタル超伝導エレクトロニクスや量子コンピューティングに応用可能なデバイスを設計し、テストしています。

私たちが行っている基礎と技術を組み合わせたアプローチの主な例として、私が他の共同研究者の支援を受けて最近考案し、欧州連合から未来・先端技術（FET）助成金を得た研究プログラムがあります。SuperGateと名付けられたこの研究プログラムを通じて、我々は3端子ゲート制御デバイスに基づく第一世代の超伝導ロジックを開発しようとしています。」

受賞によって何ができるようになりましたか？

「今回の受賞は、私の研究の意義が認められたものであり、今後、新しい材料系と物理効果に基づく超伝導・量子デバイスの分野で世界的に著名な科学者としての地位を確立するために、重要な役割を果たすと確信しています。」

最後に感想をお願いします。

「学問の世界で直面する競争やストレスに恐れをなし、しばしば落胆している若い研究者にメッセージを残したいと思います。学問の世界は確かにストレスの多いものですが、最終的には大きな満足感とともに努力が報われる数少ない仕事であることを、若い研究者に伝えたいと思います。特に、常識にとらわれない発想で努力する人には、必ず良い結果がついてきます。これこそが、私たちの仕事の醍醐味です。」

Paul Scherrer研究所のフォトン科学部門研究員、Alexander Grimm博士

Grimm博士は、量子情報処理のためのジョセフソン接合における非線形効果に関する研究で、受賞の栄誉に輝きました。

i) 電圧バイアスジョセフソン接合を通過する非弾性クーパー対トンネルによって放出される光子にアンチバンチング統計があることを実験的に証明したこと。

ii) 2光子駆動カー非線形超伝導共振器において、自律的に安定化する新しい量子ビットを作成したこと。

Grimm博士の最新の研究成果はこちらでご覧いただけます。

科学賞を受賞されたご感想は？

「本当に素晴らしい。この賞を受賞したことはもちろん大変光栄です。特に、非弾性クーパー対トンネルによる量子マイクロ波放射（ジョセフソンフォトニクスと呼ばれることもあります）とボソニック量子誤り訂正の重要性が高まっていることがさらに強調されたからです。」

応募された研究について、もう少し詳しく教えてください。

「これは基本的に2つの部分から構成されています。ひとつは、私がGrenobl原子力庁の博士課程で行った実験です。ジョセフソン接合に電圧バイアスをかけ、そこから放射されるマイクロ波を観測する実験です。直感的には、接合部の両側にある2つのクーパー対凝縮体のエネルギーがずれているため、接合部には電流が流れないと思われるでしょう。しかし、クーパー対は、その余剰エネルギーを接合の電磁波モードに放出することで、非弾性的にトンネルを作ることができることがわかりました。このモードは、放出される放射線の統計量に影響を与えるように設計することができます。これこそ、私たちがマイクロ波帯でオンデマンドの高速単一光子源を作るために行ったことです。

一方、イェール大学でのポスドク時代には、マイクロ波光のエキゾチックな状態に関する実験も行いました。ここでは、量子情報を強固に符号化するために、このような状態を利用する方法を見つけることに焦点を当てました。その結果、「カーキャット (Kerr-cat) 」量子ビットという新しいタイプの量子ビットを実証することができました。

研究の中で、特に自慢できる部分はありますか？

「もちろん、博士課程やポスドク期間中に行ったすべての研究や、それに携わった素晴らしいチームに参加できたことは、とても幸せなことです。特に印象に残っているのは、博士課程の指導教官と一緒に研究室の立ち上げに貢献したことです。私たちの目標は、何もない部屋から、私の研究所の博士課程の最長期間である約3年半の間に、具体的な成果を出すことでした。これは、私の研究所の博士課程の最長期間でした。この研究は、乗り越えなければならない多くの障害があり、私にとってはエキサイティングで、時には気が狂いそうな科学的・個人的な旅となりました。しかし、最終的に成功したことは、私にとって大きな誇りです。もちろん、この経験は、スイスのPaul Scherrer研究所（PSI）での新しい研究活動を立ち上げる際にも役立っています。」

今後の研究の方向性について教えてください。

「私は、これらの研究分野はどちらも若く、新興で、活発だと思うので、ジョセフソン接合における非線形過程とそのボソニック量子情報処理への応用をさらに探求することに興奮しています。これは、PSIの私の新しいグループで行う研究です。」

受賞によって何ができるようになりましたか？

「最初の計画は、素敵なディナーを食べに行くことです。できれば、分子ガストロノミーがいい。Nicholas Kurtiは、このガストロノミーのトレンドを作り上げた立役者ですから」。

最後に感想をお願いします。

「すべての共同研究者、共著者に感謝したい。私たちの分野での科学的成果は、常にグループの努力によるものです。」