超伝導体におけるトポロジカルなＢｅｒｒｙ位相に起因する量子熱電輸送現象の理論研究

• Project/Area Number: 14J00647
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 住吉 浩明 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ワイル半金属 / 量子異常 / 格子欠陥 / カイラル磁気効果 / 重力 / カイラル超伝導体 / ネルンスト効果 / 超伝導ゆらぎ

Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の２つの研究を行った。
[研究1]格子欠陥によって引き起こされる有効的な磁場による、chiral magnetic effect(カイラル磁気効果、CME)に類似した効果である、torsional chiral magnetic effect(TCME)を提案した。研究は、曲がった時空の場の理論およびtight-binding模型における数値計算を用いて遂行された。 本研究によって提案されたTCMEは、異なるカイラリティをもつワイル点のエネルギーが異なる場合(空間反転対称性の破れたワイル半金属)に起こる通常のCMEと違い、ブリルアンゾーンのことなる点にワイル点が存在する場合(時間反転対称性の破れたワイル半金属)に起こることがわかった。 また、CMEは現実の格子系では静的には起こらないことが先行研究[M.M.Vazifeh and M.Franz PRL(2013), N.Yamamoto PRD (2015)]によって理論的に示されているが、格子系の数値計算等によってTCMEは格子系でも起こることがわかった。先行研究のno-go theoremとTCMEの関連についても論文で議論した。
[研究2]非一様磁場によって引き起こされるCMEを議論した。一様な静的磁場では上述のno-go theoremにより、CMEは起こらないことが示されている。一方で、非一様磁場においてはこの定理の仮定が満たされず、電流が引き起こされると考え、研究を行った。本研究によって、正弦関数型等の様々な空間依存性をもつ磁場によって電流が引き起こされうることを、理論的に示された。また、この効果は、磁化測定によって実験によって検証が可能であることを示した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Chiral Magnetic Effect due to Inhomogeneous Magnetic Fields in Noncentrosymmetric Weyl Semimetals (2017)
  • Author(s): Yohei Ibe and Hiroaki Sumiyoshi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 86 Issue: 5 Pages: 054707-054707
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.054707
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Torsional Chiral Magnetic Effect in a Weyl Semimetal with a Topological Defect (2016)
  • Author(s): Hiroaki Sumiyoshi, Satoshi Fujimoto
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 116 Issue: 16 Pages: 166601-166605
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.166601
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Colossal thermomagnetic response in the exotic superconductor URu2Si2 (2015)
  • Author(s): T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Haga, T.D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Sumiyoshi, S. Fujimoto, A. Levchenko, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Nature Physics Volume: 11 Issue: 1 Pages: 17-20
  • DOI: 10.1038/nphys3170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Giant Nernst and Hall effects due to chiral superconducting fluctuations (2014)
  • Author(s): Hiroaki Sumiyoshi, Satoshi Fujimoto
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 90 Issue: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.184518
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 転移欠陥のあるワイル半金属におけるtorsion量子異常 (2015)
  • Author(s): 住吉浩明
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 東京, 日本
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Topological Thermoelectric Response in Superconductors (2014)
  • Author(s): Hiroaki Sumiyoshi
  • Organizer: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-12-02
• [Presentation] Giant Nernst Effects in Chiral Superconductors due to "Berry Phase Fluctuations" (2014)
  • Author(s): Hiroaki Sumiyoshi
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [Remarks] 超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果の発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141202_1.html