2017 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical study of vortex states to clarify the mechanism of superconductors having significant spin-orbit coupling
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17K05542
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
市岡 優典 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (90304295)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 物性理論 / 超伝導 / 計算物理 / 強相関電子系 / 低温物性 / 磁束・渦糸状態 / スピン軌道相互作用 / 磁場中物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の実施に必要な数値計算プログラムとして、スピン軌道相互作用の効果を考慮して渦糸状態の空間構造と物性の計算ができる理論研究手法を開発しており、初年度は基盤部分の開発を目的として、次のような研究を進めた。
第一原理電子状態計算の結果から多軌道系電子状態のモデルを構成し、スピン軌道相互作用を導入して、クーパー対を形成する擬スピンの基底でフェルミ面上の軌道角運動量とスピン角運動量の情報を得る手法についての研究と開発は、ほぼ完了した。次いで、この情報を基に、磁場中の超伝導物性を計算する様々な手法を開発中である。今年度は特に、対象となる超伝導体としてSr2RuO4を選び、まずは、常磁性対破壊効果のみによる超伝導臨界磁場を数値計算する手法を開発した。さらに、この手法により、スピン一重項とスピン三重項の両方の超伝導対称性の場合について、また磁場方向を変えた場合について、臨界磁場の値を評価して、スピン軌道相互作用の効果を明らかにすることができた
一方で、我々の研究グループがこれまで開発してきた、Eilenberger理論によりグリーン関数を計算し、渦糸格子状態の空間構造と物性を計算する数値計算の手法を発展させる研究も進めている。今後の研究で必要となるスピン三重項超伝導の計算では、超伝導秩序変数の軌道自由度だけでなくdベクトルと呼ばれるスピン自由度も自在に扱う計算まで可能とし、これを用いて超伝導の渦糸状態における局所的なNMR核磁気緩和率を理論計算した。この研究により渦糸芯領域における縦緩和率と横緩和率の違いを見つけ、その違いがdベクトルの方位に強く関係していることを明らかにした。また、スピン一重項超伝導の場合であるが、磁場方向を結晶軸から傾けた場合の表面付近の渦糸状態の計算手法も開発した。
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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
本研究の最も基盤となる第一原理電子状態計算の結果から多軌道系電子状態のモデルを構成し、スピン軌道相互作用を導入して、クーパー対を形成する擬スピンの基底でフェルミ面上の軌道角運動量とスピン角運動量の情報を得る手法についての研究と開発は、ほぼ完了した。
常磁性対破壊効果のみによる超伝導臨界磁場についての数値計算に関しては、常磁性対破壊効果による超伝導抑制効果において、どのような条件やメカニズムにおいてスピン軌道相互作用が重要な寄与をもたらすかの考察をすることができ論文投稿準備中である。この成果により、次年度以降の研究のためのモデルやパラメーターなどの設定についての見通しを得ることができるようになった。
Eilenberger理論による渦糸格子状態の空間構造と物性の数値計算では、スピン三重項超伝導の場合で、超伝導秩序変数の軌道自由度だけでなくdベクトルと呼ばれるスピン自由度も自在に扱う計算まで可能となった。超伝導の渦糸状態における局所的なNMR核磁気緩和率の理論計算では、本研究により渦糸芯領域における縦緩和率と横緩和率の違いを見つけ、その違いがdベクトルの方位に強く関係していることを明らかにしたことは重要な成果であり学術誌にも論文掲載された。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで並行して進めてきた、第一原理計算のフェルミ面状態の情報とスピン軌道相互作用に基づき常磁性対破壊効果による超伝導抑制効果の計算によりスピン軌道相互作用の効果が重要となる場合を検討する理論研究と、Eilenberger理論による渦糸格子状態の空間構造と物性の数値計算の理論研究をそれぞれ、さらに発展させ、関連した現象の実験結果の分析へと発展させることも重要と考えている。それとともに、両者の研究を融合した研究への発展にも力を入れて進めていく。このため、Eilenberger理論による計算手法においても、第一原理計算のフェルミ面状態とスピン軌道相互作用の情報を取り入れることを可能とし、フェルミ面上の各点でスピン自由度に加え軌道角運動量の寄与を考慮できる形へと拡張する手法の開発も進める。これにより、スピン一重項及びスピン三重項超伝導の場合において、磁場中の渦糸状態の構造や物性においても、スピン軌道相互作用による電子の軌道成分とスピン成分の結合の効果がどのように現れるかについて解明を進める。また、これまでの研究対象の系において、不純物散乱が存在する場合も考慮し、その影響を定量的評価できるように研究を発展させていくことも計画している。
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| Causes of Carryover |
（理由）当初は物品費において数値計算用のコンピュータを購入する予定であったが、最近のメモリ価格の高騰によりコンピュータ購入に必要な金額が想定より高くなっており、今年度経費内での購入ができなかった。そこで、今年度は計算プログラムの開発が中心で、実際の大規模な数値計算の実行は次年度からとなる状況であることも考慮した結果、コンピュータの購入のための金額を次年度へ繰り越すことにした。
（使用計画）今年度からの次年度使用額と、次年度経費の物品費を合わせることにより、価格が高くなっている数値計算用コンピュータを購入する計画である。
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