Formulation of multipoles and exploration of multipole phenomena

• Project/Area Number: 21K13880
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大同 暁人 京都大学, 理学研究科, 助教 (80884626)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 超伝導 / 量子幾何 / 有限重心運動量超伝導 / 非相反応答 / 多極子 / トポロジカル物質

Outline of Research at the Start

近年，多極子をキーワードにした物性の理解が盛んに試みられ，一定の成功を収めた．一方で，量子力学と矛盾しない多極子の定式化・評価は未だ発展途上である．本研究では，多極子の中でも特に対称性の破れに伴って現れるものについて理解を深める．また，関連してブロッホ電子の多極子的性質がクーパー対に転写されることで生じる超伝導現象の探索に取り組む．これらの研究を通して，多極子物性のより豊かな理解に到達することを目指す．

Outline of Annual Research Achievements

本研究は量子力学的な多極子の定式化や評価，および量子力学的多極子に関連した物理現象の探索を目的としている．本年度は，引き続きブロッホ電子の多極子的性質（量子幾何）がクーパー対に転写されることで生じる超伝導現象の探索に取り組み，特にその一般的な仕組みを熱力学量に注目して明らかにした．正常相の場合ブロッホ電子の量子幾何は熱力学量に反映されないが，超伝導相では反映されることが超流動密度について具体的に知られていた．そこで熱力学量一般について定式化を行い，超伝導相の熱力学量に量子幾何がどのように反映されるかについての一般的な理解を得ることができた．その原因はバンド表示における有効的な秩序変数に量子幾何からの補正が入ることであり，これを量子幾何対ポテンシャルと名付けた．これは熱力学量に補正を与えるのみならず，トポロジカル超伝導などのエキゾチック超伝導を設計する上でも有用な概念であることを示した．以上の内容は論文を投稿中である．また，量子幾何由来のスピン三重項超伝導も提案する共同研究を行った．具体的には，量子幾何が発達した系において強磁性ゆらぎが発達することを示し，それによってスピン三重項超伝導の引力が出現する．これまでの超伝導体における量子幾何の研究はほとんどの場合平均場近似問題の範囲で論じられてきたため，超伝導体の多体問題としての側面に光を当てる本成果は重要なものである．この内容は既に論文が出版済みである．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

超伝導体への量子幾何の影響を解明する成果を複数得ることができた．上記の成果に加えて，その他関連するテーマについても論文を投稿した．今後もさらなる発展と関連するテーマへの展開が期待される．

Strategy for Future Research Activity

超伝導状態・正常相の幾何的性質についての研究を引き続き行う．特に一般の交流応答における幾何的性質を調べる．定式化に加え，具体的な物質を念頭に置いた研究も行う．

Research Products

• [Journal Article] Rectification and nonlinear Hall effect by fluctuating finite-momentum Cooper pairs (2024)
  • Author(s): Daido Akito、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 6 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.6.l022009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Orbital effect on the intrinsic superconducting diode effect (2024)
  • Author(s): Nakamura Kyohei、Daido Akito、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Issue: 9 Pages: 094501-094501
  • DOI: 10.1103/physrevb.109.094501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-Triplet Superconductivity from Quantum-Geometry-Induced Ferromagnetic Fluctuation (2024)
  • Author(s): Kitamura Taisei、Daido Akito、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 132 Issue: 3 Pages: 036001-036001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.132.036001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting diode effect and nonreciprocal transition lines (2022)
  • Author(s): Akito Daido,Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 106 Issue: 20 Pages: 205206-205206
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.205206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum geometric effect on Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superconductivity (2022)
  • Author(s): Taisei Kitamura,Akito Daido,Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 106 Issue: 18 Pages: 184507-184507
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.184507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconductivity in monolayer FeSe enhanced by quantum geometry (2022)
  • Author(s): Taisei Kitamura,Tatsuya Yamashita,Jun Ishizuka,Akito Daido,Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 4 Issue: 2 Pages: 23232-23232
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.023232
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Topological d-wave superconductivity in two dimensions (2022)
  • Author(s): Youichi Yanase Akito Daido Kazuaki Takasan and Tsuneya Yoshida
  • Journal Title: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures Volume: 140 Pages: 1151431-22
  • DOI: 10.1016/j.physe.2022.115143
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nonreciprocal Meissner response in parity-mixed superconductors (2022)
  • Author(s): Watanabe Hikaru、Daido Akito、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 10 Pages: 100504-100504
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.l100504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonreciprocal optical response in parity-breaking superconductors (2022)
  • Author(s): Watanabe Hikaru、Daido Akito、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 2 Pages: 024308-024308
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.024308
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intrinsic Superconducting Diode Effect (2022)
  • Author(s): Daido Akito、Ikeda Yuhei、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 128 Issue: 3 Pages: 037001-037001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.037001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 散逸に誘起された超伝導ダイオード効果と一方向超伝導状態 (2024)
  • Author(s): 大同暁人,柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Rectification and nonlinear Hall effect by fluctuating helical Cooper pairs (2024)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: APS March Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 散逸に誘起された非相反超伝導 (2023)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 令和5年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • Invited
• [Presentation] ヘリカル超伝導体の非相反電荷輸送 (2023)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 超伝導研究の発展と広がり
  • Invited
• [Presentation] ヘリカル超伝導体の非相反ゆらぎ伝導度 (2023)
  • Author(s): 大同暁人,柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] Intrinsic mechanism of the superconducting diode effect (2023)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: Microscopic approach from pair correlation to pair condensation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nonreciprocal charge transport in finite-momentum superconductors (2023)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: Spintronics XVI
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヘリカル超伝導体の非相反電荷輸送 (2023)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 強相関電子系のフロンティア
  • Invited
• [Presentation] Nonreciprocal charge transport of fluctuating finite-momentum Cooper pairs (2023)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonreciprocal charge transport and phase transitions in noncentrosymmetric superconductors (2023)
  • Author(s): Akito Daido,Youichi Yanase
  • Organizer: META2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 内因的超伝導ダイオード効果と非相反超伝導相図 (2023)
  • Author(s): 大同暁人,柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Intrinsic superconducting diode effect (2023)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: APS March Meeting 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 内因的超伝導ダイオード効果と超伝導電流下の磁場温度相図における非相反性 (2022)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 非自明な電子状態で発現する超伝導現象の新しい潮流
• [Presentation] 内因的超伝導ダイオード効果とヘリカル超伝導 (2022)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 第28回 渦糸物理ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] Theory of intrinsic superconducting diode effect (2022)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theory of intrinsic superconducting diode effect (2022)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: SCES2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonreciprocal responses in superconductors: diode effect, Meissner effect, and nonlinear optics (2022)
  • Author(s): Akito Daido,Hikaru Watanabe,Hiroto Tanaka,Yuhei Ikeda,Youichi Yanase
  • Organizer: META2022 The 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 超伝導電流による広義電子対液晶の物性探索・制御 (2022)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」第2期公募研究キックオフミーティング
• [Presentation] Theory of the intrinsic superconducting diode effect (2022)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: Superconducting diode effects workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] d波超伝導体における超伝導ダイオード効果 (2022)
  • Author(s): 大同暁人,柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会（2022年）
• [Presentation] 内因的機構による超伝導ダイオード効果 (2021)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 非自明な電子状態が生み出す超伝導現象の最前線：新たな挑戦と展望
  • Invited
• [Presentation] Gapped topological superconductivity in noncentrosymmetric superconductors (2021)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: "Oxide_Superspin_(OSS2021)"JSPS‐EPSRC‐CNR/SPIN‐IBS_Core‐to‐Core_Workshop
  • Invited
• [Presentation] 内因的機構による超伝導ダイオード効果の提案 (2021)
  • Author(s): 大同暁人
  • Organizer: 第15回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
• [Presentation] Intrinsic mechanism of superconducting diode effect (2021)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: New Trends in Quantum Condensed Matter Theory 2021 @ ISSP U-Tokyo
  • Invited
• [Presentation] Proposal of the intrinsic superconducting diode effect (2021)
  • Author(s): Akito Daido
  • Organizer: 第24回QLCセミナー
  • Invited
• [Remarks] 量子幾何学によるスピンを持つ超伝導の予言―スピン三重項超伝導の探索に向けた指導原理―
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2024-01-19-0