2018 Fiscal Year Research-status Report
Non-trivial quantum states in superconducting topological magnets
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18K03538
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
矢田 圭司 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40377916)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 由紀 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00456261)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トポロジカルな磁気構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、新たなトポロジカル相として提案されたワイル半金属相やスキルミオン相において、超伝導が実現した際の電子状態の研究を行うことが本研究の目的である。昨年度はワイル半金属と関連して新しくギャップレストポロジカル相の研究を行った。ワイル半金属は３次元波数空間でトポロジカル数の一種であるチャーン数が非自明であり、それに保護されたギャップレス点が生じる。今回、新たに２次元波数空間において巻き付き数によって保護されたギャップレス点が面内磁場を印可したトポロジカル絶縁体薄膜で出現することを明らかにした。更に、結晶の対称性まで加味すると、薄膜に対して面直な鏡映面が存在する場合、その鏡映面に対して垂直な方向に磁場を印可した場合、鏡映対称性が保持されギャップレス点が安定化されることを明らかにした。類似した系の先行研究として、トポロジカル絶縁体/通常絶縁体の超格子構造において、積層方向に垂直な磁場をかけた際に出現するラインノード半金属が知られていた。しかし、この系においてラインノードを安定化させるのに必要な対称性に比べて、本研究で分かった鏡映対称性は低い対称性であり、薄膜系の方がギャップレス層をより安定化させることが可能であることが分かった。
その他に、酸化物ヘテロ接合界面に代表される空間反転対称性の破れた２次元電子系の超伝導においては、超伝導の既約表現によってノードが出現するが、そのノード周りにおける電子スピン構造がトポロジカルな性質を有することも見出した。
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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
当初の予定であったワイル半金属の超伝導系において、トポロジカルな磁気構造と超伝導の関係性を明らかにするという目的からは違う舞台となってしまったが、酸化物ヘテロ接合系において、空間反転対称性の破れとスピン軌道相互作用の破れによって非自明なトポロジカルスピン構造が超伝導状態に出現することが分かった。これは本研究の大目的である超伝導とトポロジカル磁気構造の関係性を明らかにした研究成果であり、そのような意味において計画は順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に発見した超伝導状態に出現する非自明なスピン構造による特異な物性を明らかにする。超伝導状態ではなく、通常状態における非自明なトポロジカル構造としてはRashba型のスピン軌道相互作用によってスピン縮退が解けたバンドがある。このような系においてはRashba-Edelstein効果などの特異な物性が見られる。この概念を超伝導状態へと拡張し、超伝導状態におけるトポロジカルスピン構造特有の性質を明らかにしていきたい。また、このようなトポロジカルスピン構造は超伝導ペアの対称性(既約表現)によってことなるため、トポロジカルスピン構造と様々な物性との関連を明らかにすることで、その物理現象から超伝導ペアの対称性を決定することが可能になる。このような観点からも、上記の物性解明は取り組むべき課題であると考えられる。
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| Causes of Carryover |
今後の研究を進めるにあたり、計算機サーバの購入の必要がある。当初の計画では初年度に購入予定であったが、必要なスペックを検討中で購入の見送りをした。
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Research Products
(7 results)
