低次元量子流体を用いた強相関量子デバイスの理論的研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12046234
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 草部 浩一 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (10262164)
• Keywords: 量子デバイス / 低次元電子系 / 超伝導接合系 / 異方的超伝導体 / ハバード模型 / 朝永・ラッティンジャー流体 / 境界場

Research Abstract

原子スケールでの量子多体効果を活用した量子デバイスの設計を理論的に行なう。そのため、本研究では特に以下の2点を重点的に研究した。1)種々の低次元電子系に対する境界場や電場の効果を厳密な取り扱いを用いて解析し、強相関デバイスとしての特性解明を行なった。2)異方的超伝導体に低次元電子系を原子スケールで組み合わせることでできる新しい量子デバイスの提案とその特性の理論解明を行なった。具体的な成果は以下の2つの研究である。I)低次元電子系-超伝導体接合においては、超伝導体中の電子系の自由度を先に分配関数において積分すると、境界に時間依存の場がかかった低次元電子系の有効作用が得られることが分かる。トンネル極限ではこの作用から有効ハミルトニアンが得られるため、境界にペアポテンシャルが作用したハバード模型が得られる。この模型を数値的に厳密解析し、ハバード鎖にかかったバイアスにより0ジャンクションとπジャンクションが交互に現れるという新現象を見出した。この結果はPhys.Rev.Bに投稿中である。II)ハバード鎖が長くなった場合には連続模型として取り扱うことが適当である。そこで、異方的超伝導体/朝永・ラッティンジャー(TL)流体接合系のジョセフソン効果を解析した。異方的超伝導体の効果はTL流体に電子から正孔へのアンドレーフ散乱過程を含んだ一般化された境界条件として現れる。この境界条件下でのTL流体のエネルギーを正確に求め、超伝導体の位相を変化させることで最大ジョセフソン電流を求めた。すると、p波超伝導体ではゼロエネルギー状態の出現に伴って、s波の場合とは定性的に異なる振る舞いが得られることが分かる。この結果は名古屋大学の田仲らと共に既に研究開始時点で得ていたものであるが、本研究中に詳細な報文を作成し、電荷ギャップやスピンギャップのある低次元電子系接合系の特性の解明も併せて行なった。

Research Products

• [Publications] Takashi Hirai et al.: "Josephson effect in unconventional superconductor / Luttinger liquid / unconventional superconductor junctions"Physica.C.. 336巻. 107-122 (2000)
• [Publications] Takashi Hirai et al.: "Josephson effect in Luttinger lilquid between anisotropic superconductors"Proceedings of the 12th International Symposium on Superconductivity (ISS'99) October 17-19,1999,Morioka,Japan. 254-256 (2000)