2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of novel superconducting phenomena induced by parity-breaking order and fluctuations
| Project/Area Number |
19J22122
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
金杉 翔太 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
|
| Keywords | エキゾチック超伝導 / 強誘電秩序 / 多軌道超伝導 / 奇周波数超伝導 / 強相関電子系 / スピン三重項超伝導 / 局所的なパリティの破れ / スピン軌道相互作用 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、自発的に空間反転対称性を破る“奇パリティ”の秩序・揺らぎが生み出す新奇超伝導現象の解明を目的としている。本年度は特に奇パリティの強誘電秩序と磁気多極子揺らぎに着目し、「(1) 多軌道物質SrTiO3における奇パリティ強誘電秩序と超伝導の共存現象」、「(2) 多軌道物質SrTiO3における奇パリティ強誘電秩序と奇周波数ペア相関」、「(3) 二層三角格子系における強磁性揺らぎ・局所的パリティの破れとスピン三重項超伝導」という3つの課題に取り組んだ。
(1)ではSrTiO3において観測された強誘電秩序と超伝導の共存相（強誘電超伝導相）の安定性を解析した。SrTiO3の多軌道模型を用いた解析の結果、Fermi面が単一のバンドから構成される低キャリア密度領域で強誘電超伝導相が安定化することが分かった。さらに多軌道効果の帰結として、磁場中では強誘電秩序と共存したWeyl超伝導が実現することを示した。(1)に対しては2件の口頭発表、4件のポスター発表を行い、成果をまとめた論文はPhysical Review B誌にて出版済みである。
(2)では、群論的分類と微視的モデル計算を併用した解析により、SrTiO3の強誘電超伝導相において奇周波数ペア相関が普遍的に存在することを明らかにした。特に強誘電秩序によって新たに奇パリティの奇周波数ペア相関が誘起され、その帰結として準粒子状態密度に2ピーク構造が現れることを示した。
(3)では、奇パリティ磁気多極子揺らぎと超伝導の相関を研究する目的で、局所的にパリティの破れた二層三角格子Hubbard模型における超伝導を解析した。遷移金属ダイカルコゲナイドを念頭に非連結Fermi面を仮定して計算した結果、奇パリティ磁気多極子揺らぎよりも強磁性スピン揺らぎが支配的であり、その結果としてp波またはf波のスピン三重項超伝導が安定化することを示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度における重要な成果は、量子常誘電体SrTiO3において超伝導と強誘電性の間に存在する“正の相関”を示したことである。それまで超伝導とは相反する考えられてきた強誘電秩序近傍において奇周波数超伝導やWeyl超伝導といったエキゾチックな超伝導現象が実現することを示したことにより、今後の超伝導研究の可能性を大きく拡げることができたと考えている。
また、二層遷移金属ダイカルコゲナイドをモデル化した強相関電子模型を解析し、局所的なパリティの破れと臨界スピン揺らぎによって多彩なスピン三重項超伝導相が現れることを示した。この成果は近年爆発的に研究が進められている遷移金属ダイカルコゲナイドを対象にしていることから、理論だけでなく実験研究にも大きなインパクトを与え、スピン三重項超伝導の候補物質探索に新しい方向性を示すことが期待されるものである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は二層遷移金属ダイカルコゲナイドを念頭に置いた三角格子Hubbard模型を用いて、強磁性揺らぎと局所的パリティの破れにより多彩な奇パリティ超伝導が実現することを示した。そこでは強磁性に注目したが、局所的にパリティの破れた系における反強磁性は奇パリティ磁気多極子秩序と見なせ、その揺らぎはエキゾチックな超伝導状態を誘起することが期待されている。そこで興味深いのが、強磁性や反強磁性など様々な磁気的フラストレーションと局所的パリティの破れの絡み合いから生まれる超伝導現象である。具体的には近年発見された重い電子系超伝導体UTe2などを対象に、磁気揺らぎと局所的パリティの破れの協奏によって誘起される超伝導状態の性質を解析する。
また、昨年度はSrTiO3を対象に奇パリティ強誘電秩序と超伝導の共存現象についても調査した。一方で、強誘電秩序が安定化していなくても、その揺らぎが特異な超伝導を媒介する可能性が近年の理論研究で示唆されている。しかし、その微視的起源や性質については不明な点が多い。そこで今年度は、強誘電秩序などの奇パリティ電気多極子秩序の揺らぎが媒介する超伝導の性質を、電子フォノン相互作用や電子相関を取り入れた微視的計算によって明らかにすることを目指す。
|
