トポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナ準粒子の電磁応答理論
| Project/Area Number |
20K03835
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
山影 相 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (90750290)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
|
|---|
| Keywords | マヨラナ粒子 / トポロジカル超伝導 / スピン流 / 表面弾性波 / スピン１フェルミ粒子 / 多極子 / 対称性 / 結晶対称性 / 超伝導対称性 / 歪 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
トポロジカル超伝導はその表面にマヨラナ粒子（粒子と反粒子が同一の状態．電荷中性）が現れる興味深い系であり，基礎的な観点からも量子計算への応用の観点からも注目を集めている．しかし，確立した候補物質はほとんど無い．トポロジカル超伝導体の物質研究の更なる活性化を促すために，任意の結晶構造，すなわち，２３０全ての空間群においてクーパー対の対称性だけからトポロジカル超伝導を判定する方法を明らかにし，詳細な計算なしでも用いることができる形にまとめる．これは物質探索の基本的指針となる．さらに，マヨラナ粒子に固有の外部電磁場に対する応答を一般的に分類し，実験と直接関係する情報を与えることで実験研究を加速する．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
理論的な提案以降、物質中におけるマヨラナ粒子の探索は精力的に行われているが、未だ確定的な結果は得られていない。本研究は物質中におけるマヨラナ粒子を「視る」ための方法を基礎に立ち戻って系統的に考えるものである。
これまでの成果により、超伝導体表面に創発するマヨラナ粒子がもつ量子力学的な演算子と電磁多極子の対応関係が明らかになった。この結果を用いると、ある対称性の結晶表面におけるマヨラナ粒子が特定の対称性の外場（電磁場など）のみに応答することが分かる。この極端な異方性は通常の電子系とは定性的に異なっており、マヨラナ粒子に固有のものと言える。
今年度は、この結果を応用して、外部から印加された表面弾性波によって誘起される、マヨラナ粒子のスピン流の振る舞いを解析した。上述の基本的な結果と合わせて、以下に挙げるマヨラナ粒子固有の振る舞いが明らかになった。ⅰ．結晶の対称性（空間群）および超伝導の対称性（既約表現）に対して、特定のモードの表面弾性波のみがマヨラナ粒子と相互作用する。ⅱ．超伝導とマヨラナ粒子に固有の対称性である粒子・正孔対称性が存在するために、マヨラナ粒子の緩和時間に依存しないスピン流が生成される。ⅲ．マヨラナ粒子の質量（ギャップ）に対応する構造が振動数依存性に見られる。
また、マヨラナ粒子以外にも新奇な粒子が物質中には発現することが先行研究により分かってきている。その一つであるスピン１フェルミ粒子の輸送現象についての研究も行った。特に、その電子状態の特異性（平坦バンド）に由来した非自明な不純物効果があり、それが電気伝導率の特徴的なエネルギー依存性に反映されていることを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
トポロジカル超伝導体表面における表面弾性波によって誘起されるスピン流について上述の重要な結果が得られ、これを論文にまとめ投稿した。また、国際会議ポスター発表や日本物理学会における口頭発表で成果を議論した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた一般論は表面弾性波とスピン流のみに限る話ではなく、今後より多彩な物理現象を具体的に明らかにしていくことができる。例えば、異方的なマヨラナ粒子・フォノン相互作用、非線形光学応答、熱・熱電応答などを網羅的に明らかにすることができると考えている。
また、スピン１フェルミ粒子に関する研究から、マヨラナ粒子においても非自明な不純物効果が発現する可能性が示唆される。磁性不純物やスピン軌道結合不純物などの量子力学的な効果を検討する。計算手法は、スピン１フェルミ粒子の研究で培われた技術を応用することができる。
|
Report
(3 results)
Research Products
(34 results)
