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2023 Fiscal Year Annual Research Report

キタエフ模型に基づく新奇デバイスの理論的提案

Research Project

Project/Area Number 21H01025
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

土浦 宏紀  東北大学, 工学研究科, 准教授 (30374961)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 古賀 昌久  東京工業大学, 理学院, 准教授 (90335373)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsキタエフ模型 / マヨラナ準粒子 / 超伝導量子計算素子 / 並進・回転対称生の破れたスピン3重項超伝導状態
Outline of Annual Research Achievements

キタエフ模型には量子スピン型と1次元p波超伝導型の2種類が知られており,どちらもマヨラナ準粒子を伴う.本申請課題においては,これら二つのキタエフ模型をもとにした,braidingを伴わない量子計算素子や,マヨラナ準粒子によるスピンまたは量子位相伝播を利用した論理ゲート等の理論的提案を行い,その特性やノイズ耐性の評価および,第一原理計算を援用した材料探索までを包含した,キタエフ模型の実用化に関する新たなアプローチの展開を目指す.
まず,量子スピン型キタエフ模型に関しては,わずかにキャリアドープした際に現れる,時間反転対称性の敗れた超伝導状態がエネルギー的に安定である物理的機構の解析を進め,スピン液体状態における平均場秩序変数を考慮することが必須であることを明らかにした.これにより,従来は解析手法の違いによって定性的な差異が見られたこの系の超伝導相図に,平均場理論の範囲内での結論が得られた.
また,1次元p波キタエフ模型に関しては,この模型を平行に配置したワイヤー対を一つのユニットとみなし,さらにこのユニット間のジョセフソン接合素子における伝導特性に関する解析をさらに進めた.その結果,昨年度までに得られていた多彩なジョセフソン電流特性に加え,トポロジカル転移点直上において,近年注目されている超伝導ダイオード効果が発現し得ることが明らかになった.さらにこのダイオード効果は,トポロジカル転移点の近傍においては温度変化によるON/OFF制御が可能であるという数値的予想も得られた.これらの結果により,本研究の目的である,キタエフ模型を活用した新奇デバイスの理論的提案につながる成果が得られたと考える.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ETH-Zurich(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      ETH-Zurich
  • [Int'l Joint Research] Institute of Physics of ASCR(チェコ)

    • Country Name
      CZECH
    • Counterpart Institution
      Institute of Physics of ASCR
  • [Int'l Joint Research] Uppsala University(スウェーデン)

    • Country Name
      SWEDEN
    • Counterpart Institution
      Uppsala University
  • [Journal Article] Theory of non-Hermitian fermionic superfluidity on a honeycomb lattice: Interplay between exceptional manifolds and Van Hove singularity2024

    • Author(s)
      Takemori Soma、Yamamoto Kazuki、Koga Akihisa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: L060501

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.L060501

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Josephson effects between the Kitaev ladder superconductors2023

    • Author(s)
      Osamu Kanehira, Hiroki Tsuchiura
    • Journal Title

      SciPost Physics Proceedings

      Volume: 11 Pages: 014.1-014.7

    • DOI

      10.21468/SciPostPhysProc.11.014

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Field-direction Dependence of Majorana-mediated Spin Transport2023

    • Author(s)
      Hirokazu Taguchi, Akihisa Koga, Yuta Murakami, Joji Nasu, Hiroki Tsuchiura
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 38 Pages: 011152

    • DOI

      10.7566/JPSCP.38.011152

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Efficient scheme for time-dependent thermal pure quantum state: Application to the Kitaev model with armchair edges2023

    • Author(s)
      Taguchi Hirokazu、Koga Akihisa、Murakami Yuta
    • Journal Title

      SciPost Physics Proceedings

      Volume: 11 Pages: 003.1-003.7

    • DOI

      10.21468/SciPostPhysProc.11.003

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Majorana gap formation in the anisotropic Kitaev model with ordered flux configuration2023

    • Author(s)
      Hashimoto Akihiro、Murakami Yuta、Koga Akihisa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Pages: 174428

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.174428

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Josephson Current-Phase Relations of Finite Size Effect Between the Kitaev ladder2023

    • Author(s)
      Chengrong Xie, Shuhei Fukuda, Hiroki Tsuchiura, and Yukio Tanaka
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DyCo5におけるスピン再配列と異常ホール効果2023

    • Author(s)
      王世博, 土浦宏紀
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] 一次元キタエフナノワイヤー対におけるジョセフソン電流2023

    • Author(s)
      謝承融, 土浦宏紀, 田仲由喜夫
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] ハニカム格子上のハバードモデルにおける散逸誘起フェルミ超流動2023

    • Author(s)
      竹森颯真, 山本和樹, 古賀昌久
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] ハニカム格子を近似する非周期的貴金属比タイリングII2023

    • Author(s)
      松原虎之助, 古賀昌久, 堂寺知成
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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