2020 Fiscal Year Annual Research Report
多自由度を持つ電子系の超伝導体における奇周波数電子対の物理
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20H01857
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
浅野 泰寛 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20271637)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40212039)
水島 健 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50379707)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多軌道度電子系の超伝導体において、奇周波数電子対が超伝導凝縮体の安定性や転移温度に及ぼす影響を調べた。Cuをドープしたトポロジカル絶縁体が超伝導転移することはよく知られた事実で、既にいくつかの秩序パラメータの候補も提案されていた。この超伝導体に非磁性不純物を導入したときの転移温度を理論的に調べたところ、導入前に奇周波数電子対が存在しなければ転移温度は不変に保たれ、奇周波数電子対が存在すると転移温度が下降することがわかった。不純物自己エネルギーは奇周波数電子対の振幅を、偶周波数電子対の振幅よりも大きい値に繰り込むため、有効的な電子対密度が低下するために、転移温度が下がる事を見いだした。
２軌道/２バンド超伝導体のジョセフソン効果を理論的に調べた。時間反転対称性が保たれた基底状態において電流が流れない事を起点として、一つの超伝導体内部で軌道毎に定義される超伝導位相の関係と、接合を流れる電流の位相―電流関係式を明らかにした。
J=3/2を持つ電子が電子対を組んで発現する超伝導の性質を理論的に調べた。特に電子対がJ=2という大きな角運動量を持つ擬スピン５重項超伝導体場合のジョセフソン選択則を議論し、スピン１重項やスピン３重項超伝導で知られたジョセフソン選択則と比較した。その結果、J=0の擬スピン１重項超伝導体とJ=2擬スピン５重項超伝導体の間に磁性体を挟んだとしても、角運動量の差が２と大きいために選択則が厳しくなっていることを明らかにした。また５重項超伝導体同士の接合においても、擬スピン空間の次元が５となるため、選択則は厳しくなる事を示した。また厳しい選択則を利用してπ接合を作る議論も行った。
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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
２０２０年４月に採用した博士研究員がテニュアトラックのポストを得たため、第一原理計算が行えなくなった。また、コロナ禍で外国人の博士研究員を雇用できなくなるなど、研究計画の遅延を危惧した。しかし、研究計画を構成する、他の研究項目で研究は順調に進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
J=3/2超伝導体のうち、時間反転対称性を破るような超伝導体は超伝導ギャップよりも低エネルギー側に準粒子状態を持つことが示されており、この準粒子が伴う奇周波数電子対の物理がどのような物理現象を引き起こすかを早急に明らかにする必要があることがわかったので、この方向の研究を推進する。
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