2023 Fiscal Year Annual Research Report
Topological phenomena in unconventional superconductors
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19K14612
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
小林 伸吾 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (40779675)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超伝導 / マヨラナ準粒子 / J=3/2電子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はトポロジーの観点からクーパー対の対称性の検出法を提案することを目的としている。本年度は（１）時間反転対称性を破るトポロジカル超伝導におけるマヨラナ準粒子の電磁気応答の研究と（２）ボゴリューボフ・フェルミ面の熱力学的安定性に関する研究を行った。以下それぞれの研究成果について述べる。
（１）時間反転対称を持つトポロジカル超伝導体のマヨラナ準粒子は異方的な磁気応答を持つ。この磁気応答とクーパー対の対称性の間には一対一対応があり、クーパー対の対称性の検出に応用できる。昨年度は時間反転対称性を持たないトポロジカル超伝導体に本理論を拡張し、強磁性超伝導体:UCoGeにおいて新奇な磁気応答が現れることを予言した。今年度は理論をさらに一般化し、時間反転対称性が破れた系で現れ得る磁気応答を網羅的に分類した。具体例として、奇パリティ超伝導体：UTe2において四極子磁気応答が現れることを予言した。
（２）j=3/2超伝導体ではボゴリューボフ・フェルミ面と呼ばれる新奇トポロジカル状態が出現する。近年、我々はボゴリューボフ・フェルミ面は奇周波数クーパー対を伴って現れることを報告した。奇周波数クーパー対の存在は熱力学的な不安定性を導くことが知られており、ボゴリューボフフェルミ面を持つ超伝導体にも奇周波数クーパー対由来の不安定性があることが予想される。本研究ではGinzburg-Landau自由エネルギーの観点からj=3/2超伝導体の熱力学的な安定性を調べ、ボゴリューボフフェルミ面の増加（奇周波数クーパー対の増加）に伴い、ある閾値で超伝導転移が２次転移から１次転移へ転じることを明らかにした。本研究ではj=3/2超伝導体に限らず様々な模型で１次転移と奇周波数クーパー対の増加が関係していることも明らかにした。
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