Exotic phenomena in unconventional superconductors: The role of the spin-orbit coupling and chirality of the Cooper pair

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K03826
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 御領 潤 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70365013)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 植木 輝 北海道大学, 理学研究院, 研究院研究員 (90828469) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: カイラル超伝導 / スピンホール金属 / トポロジー / 強相関電子系

Outline of Annual Research Achievements

スピントロニクスの中核をなすスピンホール効果は，スピン軌道相互作用がバンド構造に十分大きな寄与を及ぼす5d電子系金属などで幅広く観測されている。このような金属でカイラル超伝導が発生した場合にどのようなことが起こり得るか，ということを調べるのが本研究課題の主目的である。候補物質としてはSrPtAs, BaPtAs，などの蜂の巣格子系や，UPt3およびURu2Si2などの重い電子系超伝導体など広範な物質群が挙げられる。我々や共同研究者によりカイラル超伝導体のトポロジカルな構造により資料境界に発生するカイラルエッジ状態がスピン流を運ぶことが数値的に示されていたが，今年度はその解析的な表式を得ることに成功した。現在，この成果の出版に向けて論文を執筆中である。また，境界の形状によってはスピン流のみならずエッジに局在した磁化が発生する場合がある。この条件として境界の形状が持つ対称性との関連が考えられるが，いまだ明らかにされておらず今後の研究課題として残る。一方で，フェルミレベルを変化させ局所磁化が増大するための条件を探ったところ，超伝導ギャップが閉じる点，すなわちトポロジカル相転移点（チャーン数が整数値分だけジャンプする相転移点）においてカイラルエッジ状態のエネルギースペクトルの傾き（準粒子速度）が非常に小さくなる際に増大する機構が存在することを数値的に明らかにした。先ほどの解析的表式を得た成果と合わせて，論文を執筆している最中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の目的である，スピンホール金属において生じたカイラル超伝導状態では一般的に電流とスピン流が共存することを解析的に示すことを達成することができた。一方で，境界の形状により表面局所磁化が生じる条件をいまだ明らかにすることができていない。こちらに関してさらなる考察を続けていく。

Strategy for Future Research Activity

境界の形状により表面局所磁化が発生する条件を，境界形状の対称性などをベースとした考察をすすめることによって明らかにしていく。

Causes of Carryover

理由；コロナ禍の行動制限の影響により旅費として計上していた予算のうちの一部しか使用することができなかったため。
使用計画；国際会議1件，国内学会1件に出席するための旅費，および経年により旧型化したデスクトップ型パーソナル・コンピュータの代わりに新型を1台購入することを予定している。

Research Products

• [Journal Article] Non-monotonic Variation of Superconducting Transition Temperature in BaPtAs-BaPtSb Solid Solution (2022)
  • Author(s): Taiki Ogawa1,2, Kaoru Manabe1, Tetsuya Takeuchi3 , Takanori Kida4 , Haruhiko Kuroe5 , Masayuki Hagiwara4 , Jun Goryo6 , Tadashi Adachi5 , and Kazutaka Kudo1,
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Pages: 1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.123702