高磁場中における超流動ヘリウム3の表面量子状態

• Project/Area Number: 20029009
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 野村 竜司 Tokyo Institute of Technology, 大学院・理工学研究科, 助教 (00323783)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000); Fiscal Year 2009: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2008: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 超流動ヘリウム3 / 表面束縛状態 / マヨラナフェルミオン / 音響インピーダンス / アンドレーエフ束縛状態 / マヨラナコーン / P波超流動 / 表面状態密度 / 横波音響インピーダンス / 異方的超流動 / 高磁場 / 非ユニタリー状態

Research Abstract

超流動ヘリウム3では、ギャップエネルギーΔ以下に有限の表面準粒子状態密度が存在するが、これがアンドレーエフ束縛状態である。壁の鏡面度Sを大きくするにしたがい、この束縛状態バンドのバンド幅Δ^*が広がり、ゼロエネルギーの表面状態密度が減少すると予測されていた。S=1の極限では、表面状態密度はエネルギーに比例して増加する。このエネルギーに対する線形の依存性は、表面準粒子の分散関係が運動量に線形に依存することと等価であり、S=1でマヨラナコーンが存在することを意味する。我々はSが大きくなると、低エネルギーで新たなピークが現れることを見出した。またバンド幅が増大し、大きなSの領域でギャップレスとなることを確かめた。理論との比較により、この低エネルギーピークは、ゼロエネルギーの表面状態密度が減少することによって現れることが明らかとなった。観測されたSの増加による低エネルギーピークの成長は、ゼロエネルギーの表面状態密度が減少し、マヨラナコーンへと漸近する振る舞いであることを示した。S=1の極限で現れると予測されているマヨラナコーンの存在を強く支持する実験結果である。これまでマヨラナフェルミオンを観測したという明確な結果が無い中で、超流動ヘリウム3の表面マヨラナフェルミオンの存在を示す結果は大きな意味を持つ結果と考えられる。また11Tまでの高磁場でのインピーダンス測定から、A1相とA2相の温度変化が大きく異なり、弱結合の理論的振る舞いからずれることを見出した。強結合効果を取り入れた理論の進展が望まれる。

Research Products

• [Journal Article] Transverse acoustic impedance measurements for surface states of superfluid 3He A1 and A2 phases (2010)
  • Author(s): S.Murakawa, A.Yamgaguchi, M.Arai, M.Wasai, Y.Aoki, H.Ishimoto, R.Nomura, Y.Okuda
  • Journal Title: J.Low Temp.Phys 158 Pages: 141-146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New anomaly in the transverse acoustic impedance of superfluid 3He-B with a wall coated by several layers of 4He(155301) (2009)
  • Author(s): S.Murakawa, Y.Tamura, Y.Wada, M.Wasai, M.Saitoh, Y.Aoki, R.Nomura, Y.Okuda, Y.Nagato, M.Yamamoto, S.Higashitani, K.Nagai
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett 103 Pages: 1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transverse Acoustic Impedance of Normal Liquid ^3He with ^4He Coating(032106) (2009)
  • Author(s): Y.Tamura, S.Murakawa, Y.Wada, M.Wasai, M.Saitoh, Y.Aoki, R.Nomura, Y.Okuda
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series 150 Pages: 1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface condition dependence of transverse acoustic impedance in superfluid ^3He (2009)
  • Author(s): S. Murakawa, Y. Wada, Y. Tamura, M. Saitoh, Y. Aoki, R. Nomura, Y. Okuda, Y. Nagato, M. Yamamoto, S. Higashitani and K. Nagai
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series 150
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Broadening of the surface Andreev bound states band of superfluid ^3He-B on a partially specular wall (2008)
  • Author(s): Y. Wada, S. Murakawa, Y. Tamura, M. Saitoh, Y. Aoki, R. Nomura and Y. Okuda
  • Journal Title: Phys. Rev. B 78
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Surface Density of States of Superfluid 3He for Different Surface Boundary Conditions (2008)
  • Author(s): S. Murakawa, Y. Wada, Y. Tamura, M. Saitoh, Y. Aoki, R. Nomura, and Y. Okuda
  • Journal Title: J. Low Temp. Phys. 150 Pages: 154-159
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Surface Andreev Bound States in Superfluid 3He-B (2009)
  • Author(s): R.Nomura, S.Murakawa, Y.Wada, M.Wasai, K.Akiyama, Y.Tamura, M.Saitoh, Y.Aoki, Y.Okuda
  • Organizer: International Symposium on Novel Spin Pairing 2009
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] Surface Andreev bound states of superfluid 3He on a specularity-controlled wall (2008)
  • Author(s): R. Nomura, S. Murakawa, Y. Wada, Y. Tamura, M. Saitoh, Y. Aoki, Y. Okuda, Y. Nagato, M. Yamamoto, S. Higashitani, and K. Nagai
  • Organizer: 25^th international conference on Low Temperature Physics (LT25)
  • Place of Presentation: RAI Conference Center, Amsterdam, Netherlands
  • Year and Date: 2008-08-08