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2017 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, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (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 / 熱輸送 / トポロジカル超伝導体 / マヨラナ粒子 / ワイル半金属 / スピントロニクス
Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き、トポロジカル物質と超伝導体が接合した系における量子及び熱輸送理論の構築を行った。特に本年度は現実的なモデルに基づいたワイル半金属/超伝導体接合の熱輸送シミュレーションを行い、スピン軌道相互作用が熱輸送に与える影響について理論的に検討を行った。また、超伝導単一電子素子の電子輸送に対する非平衡熱準粒子の影響についても研究を行い、熱準粒子による過剰発熱が量子輸送に大きな影響を与えることを明らかにした。さらに磁場を印加することにより、近接効果が変調を受け、熱準粒子の数が減ることを明らかにした。それにより、超伝導単一電子素子が高精度な電流標準器として機能することを明らかにした。以上に加えてとトポロジカル超伝導に関しても理論的な研究を行った。具体的には、トポロジカルに非自明なノーダル超伝導体の表面に局在する多数のマヨラナ粒子の安定条件を、系の持つカイラル対称性を用いて解析的に導出した。同時に数値シミュレーションを用いて、条件の正しさを確かめた。また、トポロジカルに非自明な異常量子ホール絶縁体を介したジョセフソン電流の性質を調べ、制御可能な φ 接合になること、およびその機構を理論的に解明した。トポロジカル絶縁体にキャリアをドープした金属において異軌道間の2電子がペアを組む超伝導が提案されており、そうした多軌道超伝導がs波対称性の場合であっても、ポテンシャルが乱れに対して脆弱である事を明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] モスクワ物理工科大学/Higher School of Economics/物理マイクロ構造研究所(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      モスクワ物理工科大学/Higher School of Economics/物理マイクロ構造研究所
    • # of Other Institutions
      1
  • [Int'l Joint Research] Lancaster University(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Lancaster University
  • [Int'l Joint Research] Vienna University of Technology(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      Vienna University of Technology
  • [Int'l Joint Research] Aalto University(フィンランド)

    • Country Name
      FINLAND
    • Counterpart Institution
      Aalto University
  • [Int'l Joint Research] Niels Bohr Institute(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      Niels Bohr Institute
  • [Journal Article] Dirty two-band superconductivity with interband pairing order2018

    • Author(s)
      Asano Yasuhiro、Sasaki Akihiro、Golubov Alexander A
    • Journal Title

      New Journal of Physics

      Volume: 20 Pages: 043020~043020

    • DOI

      10.1088/1367-2630/aab954

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Josephson effect in a multiorbital model for Sr2RuO42017

    • Author(s)
      Kawai Kohei、Yada Keiji、Tanaka Yukio、Asano Yasuhiro、Golubov Alexander A.、Kashiwaya Satoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 95 Pages: 174518(1)~(11)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.95.174518

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stability of flat zero-energy states at the dirty surface of a nodal superconductor2017

    • Author(s)
      Ikegaya Satoshi、Asano Yasuhiro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 95 Pages: 214503(1)~(11)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.95.214503

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunable-φ Josephson junction with a quantum anomalous Hall insulator2017

    • Author(s)
      Sakurai Keimei、Ikegaya Satoshi、Asano Yasuhiro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Pages: 224514(1)~(9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.96.224514

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interplay of the Inverse Proximity Effect and Magnetic Field in Out-of-Equilibrium Single-Electron Devices2017

    • Author(s)
      Nakamura Shuji、Pashkin Yuri A.、Taupin Mathieu、Maisi Ville F.、Khaymovich Ivan M.、Mel’nikov Alexander S.、Peltonen Joonas T.、Pekola Jukka P.、Okazaki Yuma、Kashiwaya Satoshi、Kawabata Shiro、Vasenko Andrey S.、Tsai Jaw-Shen、Kaneko Nobu-Hisa
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 7 Pages: 054021(1)~(10)

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.7.054021

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Interplay of the inverse proximity effect and magnetic field in out-of-equilibrium single-electron devices2018

    • Author(s)
      S. Nakamura, Y. A. Pashkin, M. Taupin, V. F. Maisi, I. M. Khaymovich, A. S. Mel'nikov, J. T. Peltonen, J. P. Pekola, Y. Okazaki, S. Kashiwaya, S. Kawabata, A. S. Vasenko, J. S. Tsai, N. Kaneko
    • Organizer
      The 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多端子ジョセフソン接合における波動関数形状と超伝導電流の関係2018

    • Author(s)
      横山知大、川畑史郎
    • Organizer
      2018年日本物理学会 第73回年次大会
  • [Presentation] Theory of higher-order harmonic generation in transition metal dichalcogenides and topological insulators2017

    • Author(s)
      T. Tamaya, S. Konabe, S. Kawabata
    • Organizer
      The 6th International Conference on Mesoscopic Structures: Fundamentals and Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 超伝導スピントロニクスデバイスの物理と応用2017

    • Author(s)
      川畑史郎
    • Organizer
      2017年日本物理学会 秋季大会
    • Invited
  • [Presentation] Dirty two-band superconductivity2017

    • Author(s)
      Y. Asano
    • Organizer
      The 6th International Conference on Mesoscopic Structures: Fundamentals and Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Flat-band Andreev bound states and odd-frequency Cooper pairs2017

    • Author(s)
      Y. Asano
    • Organizer
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dirty two-band superconductivity2017

    • Author(s)
      Y. Asano
    • Organizer
      International Conference on Oxide Superconducting spintronics 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 浅野泰寛

    • URL

      http://zvine-ap.eng.hokudai.ac.jp/~asano/index.html

  • [Remarks] 川畑史郎

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/s-kawabata/

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-08-31  

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