2021 Fiscal Year Research-status Report
時間反転対称性を破るカイラル超伝導体の輸送現象および端状態の研究
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19K03724
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
今井 剛樹 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (10396666)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | カイラル超伝導体 / トポロジカル絶縁体・超伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
時間反転対称性の破れたカイラル超伝導体はトポロジカル超伝導体の有力候補の一つであり，試料表面近傍にゼロ磁場下で自発的に電荷流を流すという顕著な特徴を示す。現在実験側による活発な探索が進められているが，理論側からの新奇物質開発に関わる提案，支援を行うことは極めて重要である。本研究では複数のカイラル超伝導体の候補物質を念頭に、超伝導秩序変数ならびにトポロジカルな性質の物理量への対応に対する理論解析を行っている。
2021年度はSrPtAsと類似のハニカム型結晶構造をもつBaPtSbおよびBaPtAsを念頭において，微視的模型の構築，常伝導相，超伝導相における性質について議論した。両者は同じ結晶群に属しており特にBaPtSbに対するミュオンスピン回転/緩和/共鳴に関する予備実験では超伝導状態で内部磁場の出現が報告されるなど，時間反転対称性の破れたカイラル超伝導体で有る可能性が示唆されている。両者の電子状態を第一原理計算手法により詳細に見積もり，その結果を基にして微視的観点から解析を進めるべく有効模型の構築を行った。さらに有効模型を出発点に相関関数を計算し，低エネルギー電子状態のうちの物性への大きな寄与を与えるものを評価した。またBaPtSbの超伝導相におけるペアリング対称性についても理論的に分類を与え，時間反転対称性の破れたカイラルp波型が安定化する可能性を議論している。上記の研究に関して,これまで得られた成果の一部は日本物理学会，国際会議およびその会議プロシーディングスなどですでに公表している。
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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
2019年4月の研究開始後，研究に必要な資材として，複数台のコンピュータを導入してクラスター計算機環境の構築を行っている。特に第一原理計算手法による大規模な解析に対し大きな威力を発揮しつつある。
まず当初の研究計画である時間反転対称性の破れた超伝導の可能性のあるSr2RuO4を念頭に置いた，超伝導相のトポロジカルな性質への伸張圧縮効果について，第一原理計算手法ならびに多体電子論的手法を活用し，圧力効果と超伝導状態の秩序変数との係わり合いを議論した。さらに端電流および熱ホール伝導度などの観測可能な物理量に対する実験結果との対応関係を示すことにより，対波動関数の同定などに関する物性評価の指針を提示し，その詳細を学術論文として報告している。
時間反転対称性を破る超伝導体の候補物質の一つであるSrPtAsについても核磁気共鳴実験などによる結果と超伝導状態の秩序変数との対応関係について現象論的アプローチによる議論を行い，時間反転対称性が破れた超伝導状態が出現する可能性を議論した。
さらに上記のSrPtAsと類似のハニカム型結晶構造をとるBaPtSbなどの物質群にも研究を拡張して包括的に時間反転対称性を破る超伝導体の理解を試みている。そこでは第一原理計算手法を用いて詳細な電子状態を求め，微視的アプローチの出発点となる低エネルギー有効模型の構築を行った。さらにその有効模型を出発点にして部性に本質的に寄与する電子状態の同定を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
時間反転対称性を破るカイラル超伝導の有力な候補物質であるSrPtAsならびに類似の結晶構造をもつ超伝導体であるBaPtSb、BaPtAsなどに対し，微視的観点から引き続き理論的解析を遂行し，包括的な理解を進展させる。
そこでは第一原理計算手法を活用して構築した微視的な低エネルギー有効模型を用い，多体電子論的手法をも活用して，常伝導相ならびに超伝導相について特に物性への寄与を及ぼす低エネルギー電子構造の同定，ならびに対波動関数の対称性と，電子構造の関連性についての研究を引き続き遂行する。さらに輸送特性ならびに超伝導相におけるその秩序変数とトポロジカルな性質の関わり合いに対する議論を継続する。
さらに遷移金属酸化物を念頭に新規超伝導体・磁性体の探索についても第一原理計算手法などを用いて引き続き遂行し，定量的な物性評価を試み,新規物質の物性評価を行う予定である。またより一層の大規模な数値計算を伴う場合も想定されるため，その必要に応じ計算機環境も更新を図ることを想定している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により参加を検討していた国内，国際学会などが中止またはオンライン開催となったため，当初の計上分の一部が繰り越し金となっている。
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