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多自由度を有する超伝導におけるギャップレス相の研究

Research Project

Project/Area Number 22K03478
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

小林 伸吾  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (40779675)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywords超伝導 / 多自由度 / トポロジー / マヨラナ準粒子 / ギャップレス相 / 対称性
Outline of Research at the Start

近年、多自由度を持つ超伝導の物質開拓が進み、多自由度(スピン、軌道、副格子など)から形成される多様なクーパー対が提唱されている。しかし、多様なクーパー対を実験的に検証する方法は確立しておらず、多自由度の観点から超伝導物性を開拓する必要がある。本研究では、ギャップレス状態に焦点を当て、多自由度に伴う量子効果が超伝導物性に及ぼす影響を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は超伝導の現代的分類理論を基礎とし、電子の多自由度に由来する量子現象が超伝導物性に及ぼす影響を調べることを目的としている。本年度は、(1)副格子自由度を持つ超伝導体における表面状態の研究、(2)スピン1重項超伝導体における軌道自由度由来のトポロジーについて研究を行った。
(1)超伝導体が非自明なトポロジカル数(整数)を持つとき表面にマヨラナ準粒子が出現する。では超伝導体が非自明な幾何学的位相(実数)を持つとき表面に異常は現れるだろうか?我々はこの問に対し、幾何学的位相に由来する表面状態が存在することを明らかにした。この表面状態はマヨラナ準粒子や通常のアンドレーエフ束縛状態とは異なる性質を持っている。BCSチャージと呼ばれる量が空間的に振動した構造を持つため、我々はこの表面状態を「振動電荷アンドレーエフ束縛状態(OCABS)」と名付けた。OCABSは副格子自由度を持つ超伝導体において現れ、表面において電子あるいはホールの状態密度のみを持つ。この性質よりアンドレーエフ反射が起こらず、トンネルコンダクタンスでは検出されないなど際立った性質を持つことも明らかにした。
(2)スピン1重項s波超伝導体はトポロジカルに自明である。本研究では、軌道自由度に対する非自明な縮退が存在するとき、スピン1重項s波超伝導体であってもトポロジカルに非自明になり得ることを明らかにした。このトポロジカル相は従来の分類理論の枠外にあり、新奇なトポロジカル相である。また、本理論を鉄系超伝導体に応用できることも明らかにした。本研究成果は多自由度とトポロジーの協奏による新奇トポロジカル超伝導体が存在することを示し、今後のトポロジカル超伝導体の探索に新しい方向性をもたらすと考えている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画していたように、多自由度を有する超伝導体における表面状態の研究を進め論文にまとめることができた。また、多自由度に由来する新奇トポロジカル超伝導相の発見など新領域を開拓することもできた。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究では以下の研究課題に取り組みたい。
(1)多自由度とトポロジーによる新奇トポロジカル相に関する研究
昨年度の研究において軌道自由度による新奇トポロジカル相が存在することを明らかにした。来年度は、この研究に基づいて新奇トポロジカル相の物性を開拓していきたい。
(2)多自由度超伝導体と幾何学的位相の関係に関する研究
多自由度を有する超伝導体では従来の超伝導理論の範疇を超えた新奇量子現象が発現する。来年度は副格子自由度を持つ超伝導体におけるトポロジカル物性や量子幾何効果による新奇物性の開拓を行いたい。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Crystal symmetry protected gapless vortex line phases in superconducting Dirac semimetals2023

    • Author(s)
      Kobayashi Shingo、Sumita Shuntaro、Hirayama Motoaki、Furusaki Akira
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Issue: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.214518

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nuclear spin relaxation rate of nonunitary Dirac and Weyl superconductors2023

    • Author(s)
      Maeno Koki、Kawaguchi Yuki、Asano Yasuhiro、Kobayashi Shingo
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Issue: 6 Pages: 064511-064511

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.064511

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Crystal-symmetry-protected gapless vortex-line phases in superconducting Dirac semimetals2024

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi, Shuntaro Sumita, Motoaki Hirayama, Akira Furusaki
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting 2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin-orbit-free topological insulators and superconductors2024

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi
    • Organizer
      HKUST Condensed matter seminar
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Representation protected topology of spin-singlet superconductors2024

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi, Akira Furusaki
    • Organizer
      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ScAuSiにおけるスピンレストポロジカル絶縁相2024

    • Author(s)
      佐藤真武, 小林伸吾, 角田峻太郎, 立石幾真, 古崎昭, 平山元昭
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 振動電荷アンドレーエフ束縛状態2024

    • Author(s)
      池谷聡, 安藤叡史, 小林伸吾, 浅野泰寛
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] スピン1重項超伝導における表現に保護されたトポロジー2024

    • Author(s)
      小林伸吾, 古崎昭
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 超伝導におけるZak位相と振動電荷Andreev束縛状態2024

    • Author(s)
      小林伸吾、安藤叡史、浅野泰寛、池谷聡
    • Organizer
      京都大学基礎物理学研究所研究会「超伝導研究の発展と広がり」
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Spinless topological insulators protected by rotation symmetry2023

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi
    • Organizer
      Trends in Theory of Quantum Materials 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonunitary Dirac and Weyl superconductors protected by rotation symmetry2023

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi
    • Organizer
      SNU Condensed matter physics seminar
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Nuclear Spin Relaxation Rate of Nonunitary Dirac and Weyl Superconductors2023

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi, Koki Maeno, Yasuhiro Asano, Yuki Kawaguchi
    • Organizer
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nuclear Spin Relaxation Rate of Nonunitary Dirac and Weyl Superconductors2023

    • Author(s)
      Shingo Kobayashi, Koki Maeno, Yasuhiro Asano, Yuki Kawaguchi
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 理想的なスピンレスディラック半金属RE8CoX3(RE=希土類,X=Al,Ga,In)2023

    • Author(s)
      佐藤真武、角田峻太郎、小林伸吾、立石幾真、古崎昭、平山元昭
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 回転対称性を持つスピンレストポロジカル絶縁体における普遍的なトポロジカル相図2023

    • Author(s)
      小林伸吾、立石幾真、古崎昭
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Nuclear spin relaxation rate of nonunitary Dirac and Weyl superconductors2023

    • Author(s)
      小林伸吾
    • Organizer
      北海道大学工学部 数理物理工学研究室セミナー
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 超伝導化ディラック金属における磁束線中の結晶対称性に保護されたギャップレス状態2022

    • Author(s)
      小林伸吾、角田峻太郎、平山元昭、古崎昭
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Gapless vortex-line phases in superconducting Dirac semimetals2022

    • Author(s)
      小林伸吾
    • Organizer
      名古屋大学工学部 田仲・川口研究室セミナー
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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