2014 Fiscal Year Annual Research Report
局所的な空間反転対称性が破れた系における新奇量子相の探索
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14J03970
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
吉田 智大 新潟大学, 自然科学系, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| Keywords | 局所的なパリティの破れ / スピン軌道相互作用 / トポロジカル超伝導 / ワイル超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジカルに非自明な構造を持つトポロジカル超伝導体には、マヨラナ粒子が現れ、量子計算への応用も含め盛んに研究が行われている。しかし、現在までのところ万人が認めるトポロジカル超伝導体の実証には至っていない。この理由の一つとして、トポロジカル超伝導体の候補物質が少ないことがあげられる。そのため、今年度はトポロジカル超伝導体の実現に向けた理論研究を行った。
対象としたのは、局所的なパリティが破れている多層系超伝導体である。局所的なパリティが破れた系には、それに起因したスピン軌道相互作用が現れる。それによりペア密度波状態という新奇超伝導状態が実現することがわかってる。解析の結果、ペア密度波状態がミラー対称性により守られたトポロジカル結晶超伝導状態であることを明らかにした。この結果を重い電子系超伝導体CeCoIn5の人工超格子に応用し、この物質がトポロジカル超伝導体となることを提案した。
局所的なパリティの破れた系の研究から派生して、今年度は大局的なパリティの破れた系のトポロジカルな性質も調査した。その結果、パリティの破れた二次元d+p波超伝導体がトポロジカル超伝導となることを発見した。更に、三次元d+p波超伝導体はトポロジカルな理由により保護されたノードを持つワイル超伝導体となることも明らかにした。d波超伝導状態は強相関電子系で広く実現している。そのため、本研究成果により今後トポロジカル超伝導の研究が大きく発展すると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究により、多層系超伝導体およびパリティの破れた d+p波超伝導体がトポロジカル超伝導体の候補に加わった。前者においては、最近の実験技術の進歩によりトポロジカル超伝導の実証が期待される。また、後者に関しては、当初の計画にはなかったものであるが、強相関電子系で広く実現するd波超伝導状態がトポロジカル超伝導の候補となった。ゆえに、トポロジカル超伝導の研究が今後大きく前進することが期待される。この結果は当初の予想を大きく超えるものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まずパリティの破れた系におけるトポロジカル超伝導の完全な理解を目指す。具体的には、多層系超伝導状態において磁気回転対称性等の対称性により守られたトポロジカル結晶超伝導の実現可能性を調査する。加えて、現実の物質に則したモデルに基づいた解析を行い、トポロジカル超伝導の実現へ向けた理論的提案を行う。
次に、電子相関と局所的なパリティの破れの関係を調査する。電子相関を考慮できる手法を用い、ペア密度波状態等の局所的なパリティが破れた系特有の超伝導状態の安定性について調査する。
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