2015 Fiscal Year Research-status Report
磁束渦糸に束縛されたマヨラナフェルミオンによる非平衡現象の理論的研究
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15K17715
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
堤 康雅 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特別研究員 (10631781)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジカル超伝導体 / 不純物効果 / 磁束フロー抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、トポロジカル超伝導体の量子渦に束縛されたゼロエネルギーモードであるマヨラナフェルミオンの不純物効果の研究を中心に行った。フルギャップのトポロジカル超伝導体では、マヨラナフェルミオンの存在が運動量空間のトポロジーにより保証されているので、マヨラナフェルミオンが不純物に対して安定であることが知られている。しかし、トポロジカル超伝導体は通常ギャップノードを持っているので、マヨラナフェルミオンの有無に関連するトポロジカル不変量はノードを避けた特定の運動量空間上で定義する必要がある。このように定義されたトポロジカル不変量はノードをまたぐと値が変化し得るので、不純物散乱等により運動量状態間の遷移がある場合に、マヨラナフェルミオンが安定なのかは明らかではなかった。本研究では、不純物散乱によりノードをまたぐ運動量状態の遷移が引き起こされると、マヨラナフェルミオンが安定ではなくなることを解析計算と数値計算を組み合わせて明らかにした。一方で、ノードをまたがない運動量状態の遷移に対しては、マヨラナフェルミオンは安定である。つまり、一軸伸長した柱状欠陥のような不純物に対しては、ノードがあってもマヨラナフェルミオンは安定に存在できる。柱状欠陥は人工的に導入することができるので、マヨラナフェルミオンの特徴的な不純物効果を磁束フロー抵抗を通して実験で観測できる可能性がある。物理的には、マヨラナフェルミオン間のコヒーレンス因子がノードの同一側にある運動量状態の組ではゼロとなるため、このような不純物効果が表れている。マヨラナフェルミオンの関与する特殊なコヒーレンス因子を中性子非弾性散乱や準粒子干渉を使って直接観測できる可能性もある。本研究成果は、国内会議での２件の口頭発表と、１編の査読付論文として発表している。
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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
本年度の研究計画通りに、マヨラナフェルミオンの束縛された磁束渦糸の直流電流による磁束フロー抵抗を不純物効果を議論することで明らかにできた。次年度からは、当初の計画通りにマヨラナフェルミオンの束縛された磁束渦糸に交流電流をかけた際の非平衡現象の研究に順調に移行することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の目的である磁束渦糸格子に束縛されたマヨラナフェルミオンによる非平衡現象を通してマヨラナフェルミオンを直接的に観測する実験手法を提案する前段階として、磁束渦糸１本の非平衡現象についての研究を行う。交流電場中では、渦糸周りの電荷密度分布の偏りにより誘起される双極子状の交流電流から渦糸がローレンツ力を受けることで渦糸が振動する。交流電場による磁束渦糸１本の応答には、量子渦束縛状態の低エネルギー励起がギャップを持つか、マヨラナゼロエネルギーモードであるかで非平衡状態の振る舞いに違いが現れると期待できる。
本研究を効率的に遂行するために、交流電場中の磁束渦糸１本の応答に関する数値計算で多くの研究成果を発表しているMatthias Eschrig教授（イギリス、Royal Holloway, University of London所属）の研究室に半年間滞在して、数値計算手法についての議論を行う。
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| Causes of Carryover |
所属研究機関の大規模並列計算機を使用できることになったため、大規模並列計算用PC、コンパイラの購入が必要なくなり、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の計画よりも長期間、イギリス、Royal Holloway, University of LondonのMatthias Eschrig氏の研究室に滞在し、研究打ち合わせ及び、現地での共同研究を行う計画である。
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