2014 Fiscal Year Annual Research Report
軌道自由度がある界面２次元電子系における磁性と超伝導の研究
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14J04333
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
中村 康晴 新潟大学, 自然科学系, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 空間反転対称性のない系 / 面内異方性 / 新奇FFLO超伝導相 / 巨大な上部臨界磁場 / Non-symmorphicな系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、低温高磁場領域で安定になるとされるFFLO超伝導と磁場中の空間反転対称性のない系で安定になるとされるヘリカル超伝導についての研究を行った。結果として、磁場が[100]方向もしくは[010]方向に印加された場合にはFFLO超伝導による上部臨界磁場の増大はBCS超伝導の場合に比べ、わずか5%程度であるとわかった。これは一般的な2次元系の場合と比べて小さい値である。我々はこの結果がこれまでによく知られているヘリカル超伝導からFFLO超伝導へのクロスオーバーに加え、SrTiO３ヘテロ構造特有の二次元超伝導から疑一次元超伝導へのクロスオーバーによるものであることを示した。
また、我々は上部臨界磁場には強い異方性があることも発見した。具体的には、磁場が[100],[010]方向に印加された場合と異なり、[110]方向では上部臨界磁場の増大に関しては先行研究の結果を再現するものであった。しかし、一般的なRashba型反対称スピン軌道相互作用が現れるような系に磁場を印加した場合にはCooper対の重心運動量は磁場と垂直な方向が最適であることが知られているが、ここで得られたFFLO超伝導は磁場に垂直な方向以外に二重縮退したより最適な重心運動量を持ち、これまでにない新奇なFFLO超伝導相であることが本研究により示された。この縮退した重心運動量は、BCS超伝導では低温高磁場領域でもdyz軌道とdzx軌道が共に超伝導であったのに対して、FFLO超伝導ではどちらか一軌道が超伝導となるほうが安定となるためであると考えられる。
以上の結果は論文としてJournal of the Physical Society of Japanに掲載された。また国際会議
”International Conference on Strongly Correlated Electron Systems”においてポスターでの発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究によりSrTiO3ヘテロ構造において、上部臨界磁場に面内異方性が存在することおよび反対称スピン軌道相互作用により新奇なFFLO超伝導相が安定になることを理論的に示した。この結果においては当初の研究計画以上の進展があると考えられる。特に今までに知られていない超伝導相が現れることはとても興味深い現象である。
その一方で当初の研究計画にあったサブバンド構造を考慮した場合についての計算を行うことができなかった部分では研究が遅れている。また、「新奇FFLO超伝導相がどのような物性を示すか？」や「どのような実験により新奇FFLO超伝導相を見つければよいか？」などの新しく出てきた問題に関しても示すことができていない点においても進展が遅れていると考えている。
また、今年度から近年多くの関心を集めているMoS２を対象物質とした研究を始めた。この研究はこれまでの研究計画にはないものであるが、我々が注目する空間反転対称性の破れの効果が強く物性に影響を与える系の有力な候補であるために研究の必要性があると考えている。
研究の進展状況としては、東京大学の実験グループにより得られた巨大な上部臨界磁場の原因を解明した点において大きな進展があった。さらに、２層系の場合において局所的な空間反転対称性の欠如の影響が強く物性に影響を与える可能性があることを示したこと関しても評価することができると考えている。しかし、MoS２に関する論文を昨年度中に主筆および投稿することができなかった点では残念である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後のSrTiO3ヘテロ構造における研究としては本年の研究により発見した新奇FFLO超伝導相の安定性に関してより精密な議論が必要であると考えている。そのためにBCS方程式からGL方程式を導出を行う。それにより得られた結果から自由エネルギーを計算し、他の相の自由エネルギーと比較することにより安定性を議論していく予定である。
我々のこれまでの研究によりSrTiO3ヘテロ構造における超伝導では多軌道効果が重要であることが示された。SrTiO3ヘテロ構造では超伝導以外にも強磁性に関する研究が注目を浴びている。したがって今後は軌道自由度を持つ空間反転対称性のない系の磁性についての研究も行っていきたい。
さらに、今年度から研究を行っているMoS2表面超伝導に関してもこれまでの研究から進める。具体的にはより現実的な場合に近づけるためにJoshephson Vortexを考慮した計算を行う。BdG方程式を解くことで超伝導秩序変数の空間変調を求め、より安定な超伝導相を決定する。これに加え、電界誘起超伝導体では電界効果によるキャリアードープが注目されているため、超伝導相のキャリアー密度依存性を計算を行うことでこの系に特有の超伝導相の転移を発見することを目指す。
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Research Products
(3 results)
