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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Spin transport phenomena induced by quantum geometric structure in topological superconductors

Research Project

Project/Area Number 20K03860
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

水島 健  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (50379707)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywordsトポロジカル超伝導 / スピン輸送 / 異方的超伝導 / 交差応答
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、主に、トポロジカル超伝導体における熱スピン交差応答について研究を進めた。特に、準古典Keldysh理論を用いて、非ユニタリー超伝導状態に温度勾配を印加すると、温度勾配に沿った方向にスピン流が流れる「スピンゼーベック効果」が生じることを見出した。バルク超伝導体では、マイスナー効果によって温度勾配に沿って生じる電流は完全に遮蔽されるため、ゼーベック効果は期待できない。これは、温度勾配によって誘起される準粒子による電荷の流れが、対向する超伝導電流によって完全に遮蔽されるためである。しかしながら、本研究では、バルクの非ユニタリー超伝導において、温度勾配は準粒子の電荷の流れだけでなく、スピンの流れも誘起すること、準粒子が媒介するスピン流はスピン偏極した超伝導スピン流によって遮蔽されないことがわかった。さらに、このスピンゼーベック効果は非ユニタリなCooper対による対称性の破れを直接的に反映させていることも明らかにした。本研究課題を通して、(1)カイラル超伝導における時間反転対称性と鏡面対称性の自発的破れによって熱ホール効果が生じること、(2)ヘリカル超伝導における鏡面対称性とスピン回転対称性を合成した対称性が自発的に破れることでスピンネルンスト効果が生じることがわかった。これら一連の研究成果によって、熱ホール効果、スピンネルンスト効果、スピンゼーベック効果などの熱・スピン輸送現象がCooper対の対称性を同定するためのプローブとして有用であることが見出された。上記に加えて、ヘリカル超伝導において、ヘリカルヘッジ状態が媒介する逆スピンホール効果や内因性スピンネルンスト効果などを見出しており、これらは現在、論文としてまとめている。

  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Non-Abelian anyons and non-Abelian vortices in topological superconductors2024

    • Author(s)
      Masaki Yusuke、Mizushima Takeshi、Nitta Muneto
    • Journal Title

      Encyclopedia of Condensed Matter Physics (Second Edition)

      Volume: 2 Pages: 755-794

    • DOI

      10.1016/B978-0-323-90800-9.00225-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pairing symmetries of multiple superconducting phases in UTe2: Competition between ferromagnetic and antiferromagnetic fluctuations2024

    • Author(s)
      Jushin Tei, Takeshi Mizushima, Satoshi Fujimoto
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: 064516-1/9

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.064516

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced 2pi-periodic Aharonov-Bohm Effect as a Signature of Majorana Zero Modes Probed by Nonlocal Measurements2023

    • Author(s)
      Masayuki Sugeta, Takeshi Mizushima, Satoshi Fujimoto
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Pages: 054701-1/5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.92.054701

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Possible realization of topological crystalline superconductivity with time-reversal symmetry in UTe22023

    • Author(s)
      Jushin Tei, Takeshi Mizushima, Satoshi Fujimoto
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Pages: 144517-1/12

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.144517

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imprinting spiral Higgs waves onto superconductors with vortex beams2023

    • Author(s)
      Takeshi Mizushima, Masahiro Sato
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Pages: L042004-1/7

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.L042004

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nonlocal Spin Correlation as a Signature of Ising Anyons Trapped in Vacancies of the Kitaev Spin Liquid2023

    • Author(s)
      Masahiro O. Takahashi, Masahiko G. Yamada, Masafumi Udagawa, Takeshi Mizushima Takeshi, Satoshi Fujimoto
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Pages: 236701-1/6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.236701

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Thermal Generation of Spin Current in Superfluid 3He and Unconventional SC2023

    • Author(s)
      Takeshi Mizushima
    • Organizer
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2023)
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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