2022 Fiscal Year Research-status Report
トポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナ準粒子の電磁応答理論
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20K03835
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山影 相 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (90750290)
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2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | マヨラナ粒子 / トポロジカル超伝導 / スピン流 / 表面弾性波 / スピン１フェルミ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論的な提案以降、物質中におけるマヨラナ粒子の探索は精力的に行われているが、未だ確定的な結果は得られていない。本研究は物質中におけるマヨラナ粒子を「視る」ための方法を基礎に立ち戻って系統的に考えるものである。
これまでの成果により、超伝導体表面に創発するマヨラナ粒子がもつ量子力学的な演算子と電磁多極子の対応関係が明らかになった。この結果を用いると、ある対称性の結晶表面におけるマヨラナ粒子が特定の対称性の外場（電磁場など）のみに応答することが分かる。この極端な異方性は通常の電子系とは定性的に異なっており、マヨラナ粒子に固有のものと言える。
今年度は、この結果を応用して、外部から印加された表面弾性波によって誘起される、マヨラナ粒子のスピン流の振る舞いを解析した。上述の基本的な結果と合わせて、以下に挙げるマヨラナ粒子固有の振る舞いが明らかになった。ⅰ．結晶の対称性（空間群）および超伝導の対称性（既約表現）に対して、特定のモードの表面弾性波のみがマヨラナ粒子と相互作用する。ⅱ．超伝導とマヨラナ粒子に固有の対称性である粒子・正孔対称性が存在するために、マヨラナ粒子の緩和時間に依存しないスピン流が生成される。ⅲ．マヨラナ粒子の質量（ギャップ）に対応する構造が振動数依存性に見られる。
また、マヨラナ粒子以外にも新奇な粒子が物質中には発現することが先行研究により分かってきている。その一つであるスピン１フェルミ粒子の輸送現象についての研究も行った。特に、その電子状態の特異性（平坦バンド）に由来した非自明な不純物効果があり、それが電気伝導率の特徴的なエネルギー依存性に反映されていることを明らかにした。
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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
トポロジカル超伝導体表面における表面弾性波によって誘起されるスピン流について上述の重要な結果が得られ、これを論文にまとめ投稿した。また、国際会議ポスター発表や日本物理学会における口頭発表で成果を議論した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた一般論は表面弾性波とスピン流のみに限る話ではなく、今後より多彩な物理現象を具体的に明らかにしていくことができる。例えば、異方的なマヨラナ粒子・フォノン相互作用、非線形光学応答、熱・熱電応答などを網羅的に明らかにすることができると考えている。
また、スピン１フェルミ粒子に関する研究から、マヨラナ粒子においても非自明な不純物効果が発現する可能性が示唆される。磁性不純物やスピン軌道結合不純物などの量子力学的な効果を検討する。計算手法は、スピン１フェルミ粒子の研究で培われた技術を応用することができる。
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| Causes of Carryover |
オンライン開催の研究会や国際会議が増えたことにより、その分の旅費が必要なくなった。翌年度には現地開催の研究会が増える見込みであり、その旅費として使用する予定である。
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