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ボゴリウボフ・フェルミ面に対するフェルミ液体論の性質の解明

Research Project

Project/Area Number 23KJ0298
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund
Section国内
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

三木 健矢  埼玉大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-04-25 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2025: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords超伝導 / ボゴリウボフ・フェルミ面 / 鉄系超伝導体
Outline of Research at the Start

超伝導状態では低エネルギーに有限のギャップが形成され、フェルミ面は通常消失する。ところが、多軌道自由度を持つ超伝導体の中には、超伝導状態にもかかわらず存在するフェルミ面の可能性(ボゴリウボフ・フェルミ面、BF面)が理論・実験の両面から示唆されている。
金属中では電子がフェルミ面を構成する一方で、BF面を構成しているのは電子とホールの重ね合わせの粒子であるボゴリウボフ準粒子である。BF面において、相互作用や乱れの効果を取り入れることで、粒子の違いを反映したBF面特有の状態が実現すると考えられる。このような状態は、超伝導体における新たな物性の可能性を秘めているため、その物理的性質の解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

通常の超伝導体はフェルミ準位にギャップを持つ一方、超伝導状態にもかかわらずフェルミ面を持つ超伝導(ボゴリウボフ・フェルミ面)が提案されている。ボゴリウボフ・フェルミ面を構成する準粒子は通常の金属のフェルミ面を構成する電子とは異なる性質を持つと考えられる。本研究は、相互作用や不純物効果を取り入れることで、構成粒子の性質を反映したボゴリウボフ・フェルミ面に特有な物性を解明することが目的である。

これまでに、バルクのボゴリウボフ・フェルミ面に特有の定性的な性質を、フェルミ面を構成する準粒子の、低エネルギーの性質を抽出したモデルに基づいて調べた。その結果、純粋な奇周波数ペアという特殊なクーパーペアが準粒子の描像で誘起されることを明らかにした。

本年度は、実験との比較のためにより定量的な評価を行なった。現実物質であるFe(Se,S)に基づいた解析を行い、特に低温・低エネルギーで支配的な不純物効果を調べた。具体的には、常伝導状態のハミルトニアンに第一原理計算から得られたFeSeのタイトバインディングパラメータを用いた数値計算により、状態密度などの熱力学量を評価した。さらに、不純物の種類を磁性・非磁性、その磁性の異方性など、パラメータを変えた計算を行うことで、電子のパラメータと準粒子の奇周波数ペアとの関係性を明らかにした。このFe(Se,S)に基づく解析により、熱力学量の定量評価だけでなく、これまでの準粒子モデルの妥当性も検証することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

現実物質のFe(Se,S)に基づき現実的なパラメータで数値計算による解析を行うことで、熱力学量の定量的な評価だけでなく、準粒子モデルの妥当性も検証することができた。準粒子モデルを用いた超伝導界面の性質の研究に発展させることができ、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

ボゴリウボフ・フェルミ面を持つ超伝導体の界面に現れる特殊な準粒子状態の解析を行う。通常の超伝導界面の計算にも用いられるマクミラングリーン関数法を準粒子モデルに応用することで、局所状態密度や界面で誘起されるペアの性質を調べる。この解析により、超伝導体界面で空間反転対称性が破れることによる準粒子の新たな物性を明らかにする。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Impurity effect on Bogoliubov Fermi surfaces: Analysis based on iron-based superconductors2024

    • Author(s)
      Miki Tatsuya、Ikeda Hiroaki、Hoshino Shintaro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Issue: 9 Pages: 094502-094502

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.094502

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Quantita- tive evaluation of relativistic effects on physical quantities using Wannier functio2024

    • Author(s)
      T. Miki
    • Organizer
      Second Workshop on Fundamentals in Density Functional Theory (DFT2024)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 物理量に対する相対論効果のワニエ関数を用いた定量的評 価2024

    • Author(s)
      三木健矢、池田浩章、鈴木通人、星野晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Physics of superconductor junctions with Bogoliubov Fermi surface2023

    • Author(s)
      T. Miki, Y. Tanaka, S. Tamura, S. Hoshino
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Physics of superconductor junctions with Bogoliubov Fermi surface2023

    • Author(s)
      T. Miki, Y. Tanaka, S. Tamura, S. Hoshino
    • Organizer
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Bogoliubov Fermi面を持つ超伝導体界面の物理的性質2023

    • Author(s)
      三木健矢、田仲由喜夫、田村駿、星野晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Toward first principles calculation of higher-order relativistic corrections in transport phenomena2023

    • Author(s)
      T. Miki, H. Ikeda, M.-T. Suzuki, and S. Hoshino,
    • Organizer
      TTQM2023 (Swiss-Japan Workshop)
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-26   Modified: 2024-12-25  

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