2015 Fiscal Year Annual Research Report
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14J10542
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
橋本 樹 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / ディラック半金属 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【トポロジカル結晶絶縁体の超伝導状態における理論】前年度に引き続きトポロジカル結晶絶縁体の超伝導状態に関する研究を行った。この系の特徴として、(i)表面を作ると２つのフェルミ面が重なって射影される、（ii）鏡映対称性に保護されたダブルディラックコーンを持つことがあげられるが、これらがアンドレーエフ束縛状態にどのように影響するかは非自明であった。本研究では、実際の物質を詳細に記述するモデルを用い表面状態を計算した。その結果、これまでの超伝導体ではみられない分散を持ったアンドレーエフ束縛状態が形成されることがわかった。また、ドーピングによりアンドレーエフ束縛状態が変化する様子を系統的に理解した。
【ディラック半金属における超伝導】ディラック半金属は縮退したバルクディラック点をもつ物質である。この物質のフェルミ面上では軌道と運動量の向きが固定されており、これによりスピン三重項超伝導を安定化されることが理論的に提案されている。
ディラック半金属には有効軌道の違いや、バルクディラック点を保護する離散的回転対称性によっていくつか種類があるが、本研究ではこれらを網羅的に調べた。その結果、有効軌道が違うと、同じ行列でかける超伝導ペアポテンシャルを仮定したとしても、まったく異なる超伝導状態になることがわかった。有効軌道の違いと、超伝導状態の関係について系統的に理解した。
特に実際に超伝導が観測されているディラック半金属Cd3As2について実現しうる超伝導状態を議論しバルク物理量から、表面状態までの超伝導物理量について詳しく調べた。その結果、バルクと表面測定を組み合わせることで、実際の物質で起こっている超伝導ペアポテンシャルの対称性を実験的に区別することができることを示した。
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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
本年度は様々な種類のディラック半金属で起こる超伝導現象を系統的に理解することができた。当初の予定ではCd3As2タイプのディラック半金属の超伝導を対象としていたが、他のタイプのディラック半金属の超伝導に関しても研究を行い、さらに、系統的に理解することができた。以上のことをふまえて「おおむね順調に進展している」と回答した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に研究対象としていたドープしたトポロジカル絶縁体の超伝導に関する実験が最近急速に進んでいる。CuxBi2Se3においては、回転磁場比熱、スピン帯磁率の測定結果がこれまでに確認されていない特殊なトポロジカル超伝導状態（ネマティック超伝導）になっていることを示唆している。ネマティック超伝導に注目した理論研究はこれまであまりなく、理解が進んでいない。次年度は、これまで蓄えた知識をもとに、この系について詳しく調べる。特にネマティック超伝導特有の現象を見つけることを目的とする。また、CuBi2Se3以外のドープしたトポロジカル絶縁体でも超伝導が観測されており、そのような系に対しても詳細なモデルを用い、超伝導状態を調べることで、新奇トポロジカル現象の発見につながると考える。
ワイル半金属やディラック半金属は他のトポロジカル物質同様に、常伝導状態でトポロジカルに非自明な電子状態を持つ。このような系とトポロジカルに非自明な構造を持つ超伝導体の界面では特殊な状態が形成されることが期待できる。次年度はこのような系についても詳細に調べることでトポロジカル量子現象の理解に寄与する。
また、新奇現象の発見や理解のみでなく既存のトポロジカル現象の応用の可能性についても議論する。
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