千叶大学大学院工学研究院的山田丰和副教授与大阪大学的多田幸平助教等人组成的共同研究团队，成功地将自古以来作为常见磁性材料而闻名的「铁」，微缩至物质的最小单位—单一原子，并在自旋电子学（注1）领域广泛应用的「MgO/Fe (001)（注2）」结构中，将吸附在厚度约1纳米（nm）绝缘膜上的单一铁原子以极其稳定的状态固定住。 这个单一铁原子拥有离散的量子自旋状态，有望作为量子电脑或量子传感器的基本单位—量子比特（注3）获得应用。 本研究成果已于2026年3月10日，在线发表于国际学术期刊《Applied Surface Science Advances》。（论文请见：10.1016/j.apsadv.2026.100965） 左图：将单一铁原子磁铁用真空绝缘膜夹住，并与金属电极进行电性隔离，借此保护铁原子磁铁所拥有的量子性。通过扫描穿隧显微镜（STM）确认，即使在厚度1nm的MgO膜表面上，铁原子也能稳定吸附。右图：实验所得MgO绝缘膜表面上铁原子的STM影像。 ■研究成果 （详情请参阅附件） 要实现量子电脑与量子传感器，开发能够稳定保持量子状态的材料是不可或缺的。在由多数原子构成的固体中，电子会形成能带，无法利用个别的量子状态。另一方面，若将物质微缩至单一原子，电子便会带有离散的能量，可以直接访问单一的量子自旋，使得量子自旋有可能作为量子比特使用。 然而，将单一铁原子置于金属基板上时，会因与基板中的电子相互作用而扰乱自旋方向，难以稳定利用。为应对此课题，虽有提出夹入MgO等绝缘膜的方法，但传统的极薄膜（0.2～0.4 nm）结晶缺陷与应变多，实用上期望能以约1 nm厚的绝缘膜来实现，但在技术上被认为相当困难。 本研究使用本校开发的扫描穿隧显微镜（STM）（注4），在超高真空、极低温（零下268.5℃）下验证了厚度约1 nm的单一铁原子的稳定性，结果显示即使在厚度1 nm的MgO绝缘膜上，铁原子也能牢固吸附，并保持稳定的量子自旋状态。（图）。 1) 在厚度约1 nm的MgO绝缘膜上，成功以稳定状态固定单一铁原子，并成功直接观察。 2) 借由特定的电压、电流条件，确立了可在不移动原子的情况下进行观测的条件。 3) 通过研究成果与仿真的比对，阐明了铁原子与MgO中的氧原子强力结合，产生了巨大的电荷转移，且铁原子拥有自旋S = 3/2的量子状态。 ■未来展望 本研究的重点在于，已作为信息记录设备广泛应用的MgO/Fe(001)薄膜表面上，成功牢固地固定了单一铁原子。由于铁即使微缩至单一原子也仍保有磁性，这显示了单一原子磁铁作为量子比特使用的可能性，意即现有的自旋电子学材料在单一原子尺度下，也可能作为量子比特材料发挥功能。这显示了现有的自旋电子学材料在单一原子尺度下，也可能作为量子比特材料发挥功能的可能性。