2023 Fiscal Year Annual Research Report
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21H01025
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
土浦 宏紀 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30374961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古賀 昌久 東京工業大学, 理学院, 准教授 (90335373)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 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 |
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| 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．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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