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マヨラナ準粒子に起因する新奇ジョセフソン現象の理論研究

Research Project

Project/Area Number 17J08855
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

川上 拓人  京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsトポロジカル超伝導 / マヨラナ準粒子 / 鉄系超伝導 / 3/2スピン / ディラック電子
Outline of Annual Research Achievements

平成30年度は, 前年度に引き続き, (i) Fe(Se, Te) などの鉄系高温超伝導で実現されるトポロジカル超伝導状態および (ii)逆ペロブスカイト酸化物で実現する高次スピン電子系のトポロジカル超伝導の研究を遂行した. 以下にそれぞれの概要を述べる.
(i) 本研究ではこれまでに, 鉄系高温超伝導体Fe(Se, Te) について実験グループとの協力のもとで研究してきた. そして, Fe とカルコゲンに由来するd軌道とp軌道の対形成によってトポロジカル超伝導が実現することを明らかにしてきた. 本年度はさらに, 対称性の観点からこの物質における可能なトポロジカル超伝導相を網羅的に調べた. 具体的には, この物質で可能な最近接サイト間クーパー対によるギャップ関数32種を全て数えあげ, この物質が属する空間群P4/nmm の既約表現を用いて整理した. そして, B_{1u} 表現とB_{2u} 表現で記述される超伝導状態が熱力学的に安定であることを明らかにした. さらにこの超伝導では, 結晶に対する表面の方向, 超伝導状態の既約表現によって異なる, 多様な表面状態が現れることが判明した. そして, 得られたそれぞれの表面状態の起源となるトポロジカル数を同定した. 実験グループとの共同研究の結果は本年度, 誌上掲載された. さらに, 対称性やトポロジカル指数などの包括的な議論について, 理論の論文として独立にまとめている段階であり, 近日投稿する予定である.
(ii) 高次スピン電子系の超伝導に関しては, 3次元巻付き数に関する定式化を再検討し, 議論をより精密化した. また超伝導転移温度を見積もる際に, フェルミ面における状態密度の変化を取り入れることで, より正確な解析を可能にした. また本年度, 本成果をまとめた論文を誌上発表した.

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences(中国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Princeton University/Brookhaven National Laboratory(米国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Julius-Maximilians-Universitat Wurzburg(ドイツ)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Multiple topological states in iron-based superconductors2018

    • Author(s)
      P.Zhang, Z. Wang, X. Wu, K. Yaji, Y. Ishida, Y. Kohama, G. Dai, Y. Sun, C. Bareille1, K. Kuroda, T. Kondo1, K. Okazaki, K. Kindo1, X. Wang, C. Jin, J. Hu, R. Thomale, K. Sumida, S. Wu, K. Miyamoto, T. Okuda, H. Ding, G. D. Gu, T. Tamegai, T. Kawakami, M. Sato, S. Shin
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 41-47

    • DOI

      10.1038/s41567-018-0280-z

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Topological Crystalline Materials of J=3/2 Electrons: Antiperovskites, Dirac Points, and High Winding Topological Superconductivity2018

    • Author(s)
      Kawakami Takuto、Okamura Tetsuya、Kobayashi Shingo、Sato Masatoshi
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 8 Issue: 4

    • DOI

      10.1103/physrevx.8.041026

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Symmetry-guaranteed nodal-line semimetals in an fcc lattice2017

    • Author(s)
      Kawakami Takuto、Hu Xiao
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Issue: 23 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.235307

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 逆ペロブスカイト酸化物のスピン3/2トポロジカル超伝導2018

    • Author(s)
      川上拓人
    • Organizer
      基研研究会「電子相関が生み出す新規な秩序と超伝導現象:トポロジー, 液晶状態, 動的現象」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Topological Nodal-Line Semimetals in FCC Photonic Crystals2018

    • Author(s)
      T. Kawakami
    • Organizer
      Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Higher Winding Topological Superconductivity in Antiperovskite Oxides2018

    • Author(s)
      T. Kawakami
    • Organizer
      Oxide Superconducting Spintronics Workshop 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Superconductivity in spin 3/2 topological insulators with carrier doping2018

    • Author(s)
      T. Kawakami
    • Organizer
      12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fe(Se,Te) におけるディラック半金属のトポロジカル超伝導2018

    • Author(s)
      川上拓人
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] スピン3/2トポロジカル絶縁体の超伝導2018

    • Author(s)
      川上 拓人
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin Textures in the Majorana Bound States2017

    • Author(s)
      Takuto Kawakami
    • Organizer
      Majorana States in Condensed Matter Towards Topological Quantum Computation
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin Texture of Majorana Bound State in Topological Superconductor2017

    • Author(s)
      Takuto Kawakami
    • Organizer
      14th International Workshop on Magnetism & Superconductivity at the Nanoscale
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin 3/2 superconducting topological insulators2017

    • Author(s)
      Takuto Kawakami
    • Organizer
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin 3/2 superconducting topological insulators2017

    • Author(s)
      Takuto Kawakami
    • Organizer
      CEMS Symposium on Trends in Condensed Matter Physics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Symmetry-Guaranteed Nodal Line Semimetallic states in fcc structures2017

    • Author(s)
      Takuto Kawakami
    • Organizer
      Conference on Topological Quantum Phases and Topological Quantum Computation
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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