強相関電子系における非従来型トポロジカル超伝導理論

• Project Area: Frontiers of materials science spun from topology
• Project/Area Number: 16H00991
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (70332575)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: トポロジカル超伝導 / スピン三重項超伝導 / 空間反転対称性がない超伝導 / 強相関電子系 / スピン軌道相互作用 / ワイル超伝導

Outline of Annual Research Achievements

近年の物性物理学ではトポロジカルに非自明な絶縁体や超伝導の研究が精力的に進められている。これまで量子凝縮相はその対称性に基づいて分類されてきたが、相補的な分類学としてトポロジーの研究が発展したと見ることも出来る。トポロジカル超伝導体ではマヨラナ粒子が出現し、その非局所性から量子計算の素子としても注目されている。本研究では、バルク物質におけるトポロジカル超伝導の候補となる異方的超伝導体について研究を行った。

（１）スピン三重項超伝導体はトポロジカル超伝導の有力な候補であることが知られている。その候補物質が幾つか知られているが、ほとんどは重い電子系超伝導体である。そこで、本研究では重い電子系超伝導体のトポロジカルな性質を解明し、以下のような結果を得た。（A)重い電子系スピン三重項超伝導体として長く注目を集めてきたUPt3のB相が非共型空間群対称性に守られたワイル超伝導であることを示した。（B)UPt3のA相がグライド対称性に守られた非共型トポロジカル超伝導相であることを同定した。（C)UCoGeの高圧下超伝導相がZ4トポロジカル超伝導であることを示した。

（２）一方、スピン三重項超伝導を実現する物質は非常に少なく、トポロジカル超伝導体となる物質が限られていることがトポロジカル超伝導分野の課題となっている。本研究では、強相関電子系に数多く見られるｄ波超伝導体などのギャップレス超伝導体を「強いトポロジカル超伝導体」に変えることが出来る一般的な方法を提案した。具体的には、銅酸化物高温超伝導や重い電子系超伝導などに数多く見られるｄ波超伝導は通常の場合はギャップレスであり、強い意味のトポロジカル相になりえないが、空間反転対称性が破れた環境下ではスピン偏極を人工的に導入することでトポロジカル超伝導状態を実現できることを示した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Chinese University of Hong Kong(香港)
• [Int'l Joint Research] ETH-Zurich(スイス)
• [Int'l Joint Research] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [Int'l Joint Research] Universidade Federal Fluminense(ブラジル)
• [Journal Article] Generation and control of noncollinear magnetism by supercurrent (2018)
  • Author(s): Takashima Rina、Kato Yasuyuki、Yanase Youichi、Motome Yukitoshi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 8 Pages: 081107-081107
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.081107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anisotropic two-gap superconductivity and the absence of a Pauli paramagnetic limit in single-crystalline LaO0.5F0.5BiS2 (2018)
  • Author(s): Chan Y. C.、Yip K. Y.、Cheung Y. W.、Chan Y. T.、Niu Q.、Kajitani J.、Higashinaka R.、Matsuda T. D.、Yanase Y.、Aoki Y.、Lai K. T.、Goh Swee K.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 10 Pages: 104509-104509
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.104509
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strong enhancement of the Edelstein effect in f-electron systems (2018)
  • Author(s): Peters Robert、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 11 Pages: 115128-115128
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.115128
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Orbitally limited pair-density-wave phase of multilayer superconductors (2018)
  • Author(s): Mockli David、Yanase Youichi、Sigrist Manfred
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 14 Pages: 144508-144508
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.144508
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unconventional superconducting gap structure protected by space group symmetry (2018)
  • Author(s): Sumita Shuntaro、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 13 Pages: 134512-134512
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.134512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous change in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn_5 at ultra-low temperatures (2018)
  • Author(s): Hiroaki Shishido, Shogo Yamada, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Youichi Yanase, and Minoru Yamashita
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Majorana flat bands, chiral Majorana edge states, and unidirectional Majorana edge states in noncentrosymmetric superconductors (2017)
  • Author(s): Daido Akito、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 13 Pages: 134507-134507
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.134507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser-induced topological superconductivity in cuprate thin films (2017)
  • Author(s): Kazuaki Takasan, Akito Daido, Norio Kawakami and Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 13 Pages: 134508-134508
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.134508
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Quasilinear quantum magnetoresistance in pressure-induced nonsymmorphic superconductor chromium arsenide (2017)
  • Author(s): Niu Q.、Yu W. C.、Yip K. Y.、Lim Z. L.、Kotegawa H.、Matsuoka E.、Sugawara H.、Tou H.、Yanase Y.、Goh Swee K.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 15358-15358
  • DOI: 10.1038/ncomms15358
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multipole Superconductivity in Nonsymmorphic Sr2IrO4 (2017)
  • Author(s): Sumita Shuntaro、Nomoto Takuya、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 119 Issue: 2 Pages: 027001-027001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.119.027001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mobius topological superconductivity in UPt3 (2017)
  • Author(s): Yanase Youichi、Shiozaki Ken
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 22 Pages: 224514-224514
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.224514
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Odd-parity superconductivity in bilayer transition metal dichalcogenides (2017)
  • Author(s): Nakamura Yasuharu、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 5 Pages: 054501-054501
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.054501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic hexadecapole order and magnetopiezoelectric metal state in Ba1-xKxMn2As2 (2017)
  • Author(s): Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 6 Pages: 064432-064432
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.064432
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fate of Majorana modes in CeCoIn5/YbCoIn5 superlattices: a test bed for reduction of topological classification (2016)
  • Author(s): Tsuneya Yoshida, Akito Daido, Youichi Yanase, and Norio Kawakami
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 118 Issue: 14 Pages: 147001-147001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.147001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nonsymmorphic Weyl superconductivity in UPt3 based on E2u representation (2016)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 94 Issue: 17
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.174502
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Superconductivity in magnetic multipole states (2016)
  • Author(s): Shuntaro Sumita and Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 93 Issue: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.224507
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Paramagnetically-induced gapful topological superconductors (2016)
  • Author(s): Akito Daido and Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 94 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.054519
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Topologically stable gapless phases in nonsymmorphic superconductors (2016)
  • Author(s): Shingo Kobayashi, Youichi Yanase, and Masatoshi Sato
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 94 Issue: 13 Pages: 1345121-11
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.134512
  • NAID: 120005905584
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Electric octupole order in bilayer Rashba system (2016)
  • Author(s): Takanori Hitomi and Youichi Yanase
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 85 Issue: 12 Pages: 124702-124702
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.124702
  • NAID: 40021031008
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 多重単原子層膜における複素ストライプ相からヘリカル相へのクロスオーバーの観測 (2018)
  • Author(s): 枡富龍一, 田代翔太郎, 岡本徹, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 非共型結晶Sr2IrO4における磁気多極子揺らぎと超伝導の理論 (2018)
  • Author(s): 石塚淳, 角田峻太郎, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] URu2Si2のカイラルd波超伝導におけるトポロジカル端状態 (2018)
  • Author(s): 坂本直樹, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 超伝導ギャップ中のラインノードとマヨラナフラットバンドの分類 (2018)
  • Author(s): 小林伸吾, 角田峻太郎, 柳瀬陽一, 佐藤昌利
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 3回回転対称性がある系における角運動量に依存するWeyl超伝導状態 (2018)
  • Author(s): 角田峻太郎, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 非共型結晶UCoGeにおけるZ4トポロジカル超伝導 (2018)
  • Author(s): 大同暁人, 吉田恒也, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 強誘電性と超伝導の共存に関する理論的研究 (2018)
  • Author(s): 金杉翔太, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 多極子秩序の群論的分類 (2018)
  • Author(s): 渡邉光, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Topological Superconductivity in Heavy Fermions (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: TMS-EPiQS2018: Topological magnets and topological superconductors
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 奇パリティ多極子相の分類学と電磁応答・超伝導 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: J-Physics トピカルミーティング「どう創る？ キラル磁性と拡張多極子」
  • Invited
• [Presentation] 奇パリティ多極子秩序・超伝導の分類学と電磁応答 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: J-Physics 平成29年度領域全体会議
• [Presentation] UPt3における非共型トポロジカル超伝導 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: J-Physics 平成29年度領域全体会議
• [Presentation] Classification theory of multipole order and emergent responses (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International Workshop: Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] UPt3における非共型トポロジカル超伝導 (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一, 塩崎謙
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Sr2IrO4における非共型対称性に守られたノードのある超伝導と磁気四極子によるFFLO超伝導 (2017)
  • Author(s): 角田峻太郎, 野本拓也, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 電気八極子状態における磁気電気応答：銅酸化物高温超伝導体への応用 (2017)
  • Author(s): 人見尚典, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] BaMn2As2が示す奇パリティ磁気多極子秩序 (2017)
  • Author(s): 渡邉光, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 原子層超伝導への理論的アプローチ (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
  • Invited
• [Presentation] Enhancement of magnetoelectric effect in heavy fermion materials (2017)
  • Author(s): R. Peters, Y. Yanase
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Theory of Weyl and topological superconductors in SCES (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International school on topological science and topological matters
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2017-02-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Symmetry, topology, and electron correlation in pair density wave state (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 新学術領域ＴＭＳ第8回集中連携研究会 「奇周波クーパー対の物理」
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2017-01-06
  • Invited
• [Presentation] 空間群によって守られる非自明な超伝導ギャップノード (2017)
  • Author(s): 角田峻太郎, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 非共形結晶UCoGeにおけるトポロジカル超伝導 (2017)
  • Author(s): 大同暁人, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 超伝導電流誘起の非共線的な磁気秩序 (2017)
  • Author(s): 高嶋梨菜, 加藤康之, 柳瀬陽一, 求幸年
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 人工超格子中の強相関トポロジカル相 (2017)
  • Author(s): 吉田恒也, 大同暁人, 柳瀬陽一, 川上則雄
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 非共型結晶における奇パリティ多極子揺らぎ (2017)
  • Author(s): 石塚淳, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 多極子秩序系の群論的分類 (2017)
  • Author(s): 渡邉光, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] Topological superconductivity by unconventional Cooper pairs in locally and globally noncentrosymmetric systems (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International workshop TOP-SPIN3: “Spin and Topological Phenomena in Nanostructures - Towards Topological Materials Science“
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 磁気多極子の分類学と多極子誘起エキゾチック超伝導 (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 新学術領域 J-Physics トピカルミーティング
• [Presentation] Topological nonsymmorphic superconductivity in UPt3 (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International conference on topological materials science 2017 (TopoMat2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ２次元強相関電子系を用いたトポロジカル超伝導のデザイン (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 物性研究所短期研究会「光で 見る・操る 電子物性科学の最前線 ～強相関, トポロジー, 低次元, ダイナミクス～」
  • Invited
• [Presentation] UPt3におけるメビウス型トポロジカル超伝導 (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「超伝導研究の最先端: 多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー、人工制御」
• [Presentation] Design of topological superconductivity in two-dimensional materials (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: CEMS Topical meeting on “Emergent 2D Materials 2017”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Odd-parity multipole order and superconductivity in magnetoelectric material (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Trends in theory of correlated material (TTCM2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Exotic phases in artificial two-dimensional superconductors (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: J-Physics 2017 “Multipole Physics and Related Phenomena”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Topological superconductivity in UPt3 (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: J-Physics satellite workshop “Physics of Uranium based Unconventional Superconductors”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nonsymmorphic Topological Superconductivity in UPt3 (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Novel Quantum States in Condensed Matter 2017 (NS2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 空間反転対称性を破る奇パリティ秩序：多極子と超伝導 (2017)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 東北大学金研共同利用ワークショップ「物性物理分野における協働展開」
  • Invited
• [Presentation] Designing odd-parity superconductivity in bilayer transition metal dichalcogenides (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Oxide Superspin 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of high-temperature topological SC in curates and heavy fermions (2017)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International conference on superconductivity (ISS2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Topological superconductivity by unconventional Cooper pairing (2016)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 第二回新学術領域ＴＭＳ領域研究会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-12-16
• [Presentation] 空間反転対称性が欠如した系の超伝導：対称性，トポロジー，電磁応答 (2016)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 豊田理研ワークショップ「キラル対称系の電磁応答」
  • Place of Presentation: 豊田産業技術記念館
  • Year and Date: 2016-11-18
  • Invited
• [Presentation] Noncentrosymmetric superconductivity in atomic-layer materials (2016)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International conference on revolutionary atomic-layer materials
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-10-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 奇パリティ超伝導体UPt3におけるトポロジカル超伝導 (2016)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 基研研究会「超伝導研究の最先端：多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー」
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2016-10-10
• [Presentation] Odd-parity multipole and exotic superconductivity by local parity mixing (2016)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Japanese-German Symposium“Effect of parity mixing in correlated electron systems”
  • Place of Presentation: 札幌シャトレーゼ ガトーキングダム
  • Year and Date: 2016-09-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 傾斜磁場下の非対称Majoranaエッジ状態 (2016)
  • Author(s): 大同暁人, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] レーザーが誘起するd波トポロジカル超伝導 (2016)
  • Author(s): 高三和晃, 大同暁人, 川上則雄, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 局所的な空間反転対称性の破れた多層超伝導体におけるペア密度波渦糸コアの電子構造 (2016)
  • Author(s): 東陽一, 永井佑紀, 吉田智大, 正木祐輔, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 非共型結晶に対する超伝導対称性の分類 (2016)
  • Author(s): 角田峻太郎, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 空間反転対称性の破れた超伝導体における常磁性誘起Weyl超伝導 (2016)
  • Author(s): 大同暁人, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 酸化物界面においてスピン軌道相互作用が誘起する新奇超伝導 (2016)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 第４回酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会
  • Place of Presentation: 京都大学化学研究所
  • Year and Date: 2016-08-05
  • Invited
• [Presentation] Topological superconductivity from gapless superconductivity (2016)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: 日本スイス二国間ワークショップTTCM2016
  • Place of Presentation: ポールシェラー研究所
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Topological superconductivity in noncentrosymmetric cuprate and heavy fermion superconductors (2016)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International conference SCES2016
  • Place of Presentation: 浙江大学
  • Year and Date: 2016-05-08
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 柳瀬陽一の研究
  • URL: http://cond.scphys.kyoto-u.ac.jp/%7Eyanase/study.html