2006 Fiscal Year Annual Research Report
接合界面における競合する電子相による新規物性の理論的研究
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17710072
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
森 道康 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (30396519)
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| Keywords | 超伝導 / 強磁性 / ハーフメタル強磁性体 / ジョセフソン効果 / π状態 / qubit / 磁気励起 / トンネルハミルトニアン |
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| Research Abstract |
超伝導体(SC)と強磁性体(EM)という異なった電子相の接合で様々な新しい現象が見出されている。その一つとしてSC/FM/SC接合において現れるπ状態が挙げられる。π状態とは、従来のJosephson接合(0状態)の電流位相関係式から位相がπずれたものであり、理論・実験の両面から盛んに研究が行われている。また、π状態を用いた量子ビット実現に向けた研究が注目されている。
強磁性金属のうちCrO_2などのようにスピンが完全分極したものは、ハーフメタル強磁性体(HM)と呼ばれている。HM中には一重項Cooper対は存在出来ないため、Josephson電流は流れないと考えられる。しかし、最近のHMを用いた実験で、SC/HM/SC接合におけるJosephson効果が報告されている。この問題の答えが、界面におけるスピンに依存した電子のトンネルにあるのではないかと考え、トンネルハミルトニアンをスピンに依存した形に拡張してSC/HM/SC接合におけるIcの定式化を行った。電子が界面を通過する際にスピンの反転を仮定したことに伴い、HM中のマグノン励起によるスピンのダイナミクスを考慮することが重要である。その結果、スピン3重項の対相関がHMを伝播し、ジョセブソン電流が流れることが分かった。また、IcはHMの厚さの関数として振動減衰し、0-π転移が起こることが分かった。さらに、SC/HM接合の近接効果によりHMの中に誘起される超伝導振幅について調べた。HM中のペア振幅は、スピン3重項の対称性を持っため周波数の奇関数になっていることが分かった。一方、超伝導/常伝導(NM)接合では、NM中のペア振幅はスピン1重項であるため、誘起されるペア関数が周波数の偶関数となる。このことから、HMを用いた接合系特有の超伝導特性が期待される。
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