2023 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical study of vortex states and superconducting properties in multi-orbital electronic system
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21K03471
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
市岡 優典 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (90304295)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超伝導渦糸状態 / 磁場中物性 / ネマティック超伝導 / 鉄系超伝導体 / 多軌道電子系 / 物性理論 / 準結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄系超伝導体FeSe の2回対称なネマティック超伝導を主な対象とし、多軌道電子系超伝導における磁場下の渦糸状態での物性を解明することを目的に、超伝導渦糸状態の空間構造と物性について定量的理論計算を実施する手法の開発を進めている。超伝導渦糸状態の空間構造と物理量の理論計算手法は、これまで独自に開発してきた渦糸格子でのEilenberger 理論計算をベースとして、この手法の中でネマティック超伝導の特徴を考慮できるように発展させている。これまでの研究で、フェルミ面形状を考慮に入れて渦糸状態の空間構造を評価する理論計算の中に、FeSeのネマティック電子状態に対する第一原理電子状態計算から得られた多軌道tight-bindingモデルによる多バンドフェルミ面形状を考慮できる手法を開発しており、実験で報告されているフェルミ面上の異方的超伝導ギャップのいくつかの候補の場合について渦糸状態の理論計算を実施してきた。そして、ab面内での超伝導異方性の理論的評価や、渦糸まわりの局所電子状態密度の空間構造の理論計算結果と走査型トンネル顕微鏡で観測された渦糸像などとの詳細な比較により、多バンドフェルミ面上での超伝導異方性の効果を解明する研究を進めている。一方、FeSeでネマティック異方性の方位が変化するネマティック双晶境界の近くでの渦糸状態の解明にも取組むため、２成分Ginzburg-Landau理論により双晶境界領域での渦糸状態を理論計算する手法を開発して、境界近くでの渦糸まわりの秩序変数と内部磁場分布の空間構造について解明する研究も進めている。また、本研究で得た知見の理論解析を、他の計算手法を用いて進めるための展開として、Bigoliubov-de Gennes方程式で波動関数を求める手法により、準結晶における超伝導で電流を流した場合の超伝導電流の空間変化構造を理論解明する研究も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
超伝導渦糸状態の空間構造と物理量の理論計算手法の開発については、これまで独自に開発してきた渦糸格子でのEilenberger 理論計算で、第一原理電子状態計算から得られた多軌道tight-bindingモデルでのフェルミ面構造の情報を考慮できるようにし、多バンドのフェルミ面上の超伝導異方性も様々な場合について理論計算が可能となるよう発展させることができた。これにより、多バンドフェルミ面上での超伝導異方性の効果を解明する研究が可能となった進捗状況は順調と言える。しかし、この手法を活用した理論研究では、渦糸まわりの局所電子状態密度の空間構造の理論計算結果と走査型トンネル顕微鏡で観測された渦糸像の詳細な比較の研究過程において、コンピューターを用いる数値計算で長時間の計算時間が必要となったことと、超伝導異方性の形状のパラメーターの調整に時間がかかったことにより、研究成果の取りまとめ作業はやや遅れている。一方、本研究の知見を準結晶での超伝導に展開させる研究は順調に進み論文発表を完了した。また、２成分Ginzburg-Landau理論によるネマティック双晶境界の近くでの渦糸状態の理論計算では、双晶境界の近くで特異な渦糸状態が現れることがわかり、論文発表のための準備を進めている。このように、本研究課題についての研究は進展しているが、研究成果をまとめて学術雑誌に論文発表する作業が残っている事項が多いため「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度が本研究の最終年度になるため、これまでの研究で結果が得られつつあるが論文発表のための取りまとめ作業が残っている事項に優先的に取組み、結論を得るために必要な残りの数値計算と計算結果の理解を深める詳細な検討を進めることにより、研究成果を取りまとめ学術雑誌に論文発表することを重点的に進める。特に、鉄系超伝導体FeSeの2回対称なネマティック超伝導の渦糸状態における多バンドフェルミ面上での超伝導異方性の効果を解明する研究では、実験で報告されているフェルミ面上の超伝導ギャップの異方性のいくつかの候補の場合に関して、渦糸まわりの局所電子状態密度の空間構造の理論計算結果と走査型トンネル顕微鏡で観測された渦糸像との詳細な比較などの結果を整理し、研究成果を取りまとめる。ネマティック双晶境界の近くでの渦糸状態に関する２成分Ginzburg-Landau理論による研究についてもこれまで得られている研究成果の論文投稿作業を進めるとともに、この計算手法の利点を活かして、電流を流す場合に理論計算を発展させ、双晶境界近くでの渦糸の流れを調査することを計画している。また、ネマティック超伝導の渦糸状態に関して、Bigoliubov-de Gennes方程式で波動関数を求める手法から解明する計算手法の開発も並行して進める。
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| Causes of Carryover |
今年度は、数値計算用のコンピューターを購入する予定で準備をしていたが、当初計画していた機種のOSとソフトウエアの仕様が年度途中で変更となったことにより、購入する機種の選定を最初から検討し直す必要が生じてしまった。その状況の確認と新しい機種での仕様の検討に時間がかかったため、購入が次年度になってしまった。現在、新たな仕様の機種で期待される性能が発揮できるかを別経費で購入したコンピュータで確認中であり、その確認が完了したのち、次年度の初めに、数値計算用のコンピューターを購入する予定である。また、カラー印刷費など多額の投稿費用が見込まれる論文投稿を進めていたため、その経費支出も予定していたが、掲載の決定が年度内にできなかったことによる次年度への繰越額も生じており、その投稿論文の掲載が次年度に決定したら論文掲載の成果発表経費として使用する予定である。
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