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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Theory of spin and heat transport in topological insulator/superconductor junctions

Research Project

Project/Area Number 15H03525
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

川畑 史郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (30356852)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 浅野 泰寛  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20271637)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsトポロジカル絶縁体 / 超伝導接合 / 異方的超伝導体 / カイラル超伝導体 / 熱輸送 / マヨラナ準粒子
Outline of Annual Research Achievements

トポロジカル絶縁体、カイラル超伝導体、原子層物質等が接合した系における量子・熱輸送及び電磁応答理論の構築を行った。具体的には、昨年度に引き続きワイル半金属/超伝導体接合における熱輸送と電子冷却について理論的に研究を行い、電子冷却効率を最大化するための最適設計を行った。また実験グループとデバイス作製の可能性について検討を行った。また、カイラル超伝導体/金属/カイラル超伝導体接合における量子輸送理論を構築し、マヨラナ束縛状態が界面に形成されることによって異常ジョセフソン電流が流れることを明らかにした。また表面ランダムネスが存在する微小カイラル超伝導体における自発的エッジ電流について理論的に研究を行い、端電流の振る舞いはオーダーパラメータの性質に強く依存することを明らかにした。また、カイラルp波超伝導体及びカイラルd波超伝導体の場合は、表面ラフネスに対して端電流はロバストであることを明らかにした。また超伝導と量子ドットが接合した系における奇周波数クーパー対を制御、検出する方法を提案した。準古典グリーン関数法を用いて、乱れた異方的超伝導体/金属接合におけるトンネルコンダクタンスをセルフコンシステントに計算し、乱れの効果でゼロバイアスコンダクタンスピークが大きな影響を受けることを明らかにした。そしてこの結果は、界面における奇周波数クーパー対の生成と関連があることを明らかにした。さらに、最近トポロジカル物質・バレートロニクスなどへの展開が期待されている原子層物質(遷移金属ダイカルコゲナイド)の電磁・高周波応答基礎理論を構築した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度の成果を発展させ、トポロジカル絶縁体、カイラル超伝導体、原子層物質などへの新たな展開を図り、マヨラナ状態や端電流など輸送現象に関して興味深い成果が得られた。

Strategy for Future Research Activity

トポロジカル物質と超伝導体接合の輸送理論に加えて原子層材料の輸送現象・電磁応答・非平衡キャリアダイナミクスについても検討を開始する。そして、トポロジカル物質系、原子層材料系、超伝導体が接合した新奇デバイスの熱・量子・電磁輸送理論の構築を目指す。

  • Research Products

    (18 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Twente大学(オランダ)

    • Country Name
      NETHERLANDS
    • Counterpart Institution
      Twente大学
  • [Int'l Joint Research] MIPT(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      MIPT
  • [Journal Article] All-electrical generation and control of odd-frequency s-wave Cooper pairs in double quantum dots2016

    • Author(s)
      P. Burset, B. Lu, H. Ebisu, Y. Asano, Y. Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 201402R(1)-(6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.201402

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Degeneracy of Majorana bound states and fractional Josephson effect in a dirty SNS junction2016

    • Author(s)
      S. Ikegaya and Y. Asano
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 28 Pages: 375702(1)-(6)

    • DOI

      10.1088/0953-8984/28/37/375702

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Influence of the impurity scattering on charge transport in unconventional superconductor junctions2016

    • Author(s)
      B. Lu, P. Burset, Y. Tanuma, A. A. Golubov, Y. Asano, Y. Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 014504(1)-(9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.014504

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantization of conductance minimum and index theorem2016

    • Author(s)
      S. Ikegaya, S.-I. Suzuki, Y. Tanaka, Y. Asano
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 054512(1)-(6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.054512

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spontaneous Edge Current in a Small Chiral Superconductor with a Rough Surface2016

    • Author(s)
      S.-I. Suzuki, Y. Asano
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 155302(1)-(11)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.155302

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Thermoelectric properties of bilayer phosphorene under tensile strain2016

    • Author(s)
      S. Konabe, S. Kawabata, T. Yamamoto
    • Journal Title

      Surface and Interface Analysis

      Volume: 48 Pages: 1231-1234

    • DOI

      10.1002/sia.6094

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 遷移金属ダイカルコゲナイドにおける非線形光学応答理論2017

    • Author(s)
      玉谷知裕、小鍋哲、川畑史郎
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学, 大阪府
    • Year and Date
      2017-03-18
  • [Presentation] 原子膜材料の光・電磁応答2017

    • Author(s)
      小鍋哲、土川航太、山本貴博、川畑史郎
    • Organizer
      東京理科大学ナノカーボン研究部門ワークショップ「ナノカーボン材料の物性と機能」
    • Place of Presentation
      東京理科大学, 東京都
    • Year and Date
      2017-03-13
  • [Presentation] トポロジカル金属における表面プラズモンポラリトン2017

    • Author(s)
      小鍋哲、土川航太、山本貴博、川畑史郎
    • Organizer
      電気通信大学ナノトライボロジー研究センター開設シンポジウム
    • Place of Presentation
      電気通信大学, 東京都
    • Year and Date
      2017-03-08
    • Invited
  • [Presentation] Theory for non-equilibrium carrier dynamics in two-dimensional topological insulators2016

    • Author(s)
      玉谷知裕、小鍋哲、川畑史郎
    • Organizer
      第28回相変化研究会シンポジウム(PCOS2016)
    • Place of Presentation
      KKRホテル熱海, 静岡県
    • Year and Date
      2016-11-24
  • [Presentation] Anomalous magnetic response and electric transport due to odd-frequency Cooper pair2016

    • Author(s)
      Y. Asano
    • Organizer
      International Conference on Superconducting hybrid nanostructures: physics and application
    • Place of Presentation
      Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, ロシア
    • Year and Date
      2016-09-23
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 電荷-位相双対性に基づく超伝導ナノ細線電荷センサーの理論2016

    • Author(s)
      川畑史郎、田口真彦、都倉康弘
    • Organizer
      2016年日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学, 石川県
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] ワイル半金属の表面プラズモンポラリトンに関する理論的研究2016

    • Author(s)
      小鍋哲、山本貴博、川畑史郎
    • Organizer
      2016年日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学, 石川県
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] 2次元トポロジカル絶縁体における非平衡キャリアダイナミクスの理論2016

    • Author(s)
      玉谷知裕、川畑史郎
    • Organizer
      2016年日本物理学会秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学, 石川県
    • Year and Date
      2016-09-13
  • [Presentation] Superconducting spintoronics2016

    • Author(s)
      S. Kawabata
    • Organizer
      The 12th International School on Theoretical Physics 'Symmetry and Structural Properties of Condensed Matter SSPCM 2016
    • Place of Presentation
      Rzeszow University, Rzeszow, ポーランド
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Edge current in a small chiral superconductor2016

    • Author(s)
      Y. Asano
    • Organizer
      SPIE. photonics and spintronics 2016
    • Place of Presentation
      San Diego Convention center, San Diego, アメリカ
    • Year and Date
      2016-09-01
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-08-31  

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