2022 Fiscal Year Annual Research Report
次元性、対称性、トポロジーによるエキゾチック超伝導の解明と新機能性開拓
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22H01181
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | エキゾチック超伝導 / トポロジカル超伝導 / 二次元超伝導 / 超伝導ダイオード / 非相反輸送 / 非線形光学応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
局所的に空間反転対称性が破れた超伝導体に特有のエキゾチックな超伝導現象として、磁場下で偶パリティ超伝導状態が奇パリティ超伝導状態に転移するパリティ転移が予言されている。最近の実験によりこのパリティ転移が報告されたCeRh2As2の相図を理論的に解析し、反強磁性量子臨界性が定量的に重要であることを示した。その結果により、CeRh2As2の相図を再現することが出来た。
UTe2における超伝導の発見以降、磁性状態や複数の超伝導状態の解明が非従来型超伝導の中心的なトピックとなっている。私たちは、第一原理計算から構築した微視的・現象論的モデルに基づいて理論研究を行った。特に、(i)フェルミ面、(ii)トポロジカル超伝導、(iii)磁気揺らぎから生じるスピン三重項超伝導、(iv)自発的対称性の破れから生じる非相反応答の可能性を明らかにした。
空間反転対称性の破れた超伝導体が、光電流発生や第二高調波発生などの非相反光学応答を示すことを示した。正常状態とは異なり、非線形光学伝導度は低周波数領域で発散を示す。この発散挙動は、空間反転対称性を破る超伝導体に特徴的な、非相反超流動密度とベリー曲率微分に起因する。これらの指標は、非線形光学における超伝導体の性能を定量化する。また、超伝導ギャップ周波数付近にピークを示すシフト電流、注入電流、回旋電流を定式化した。さらに、時間反転対称な単一バンド超伝導体の非線形光学応答にはスピン三重項クーパー対が必要であることを明らかにしました。この結果から、スピン軌道相互作用によって誘起されるスピン三重項クーパー対の検出法を提案した。
最近発見された超伝導ダイオード効果を引き起こす内因的なメカニズムを提案した。超伝導ダイオード効果がランダウ臨界運動量の非相反性によって引き起こされることを示し、ヘリカル超伝導状態におけるクロスオーバー現象を検出できることを提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
UTe2とCeRh2As2は非従来型の対称性を有する超伝導体であり、近年の物性物理学における中心課題と位置付けられるものである。その超伝導相の解明に向けて重要な進展があった。
超伝導ダイオード効果の内因的なメカニズムを世界に先駆けて解明したことは国際的に大きなインパクトを与えた。その理論は着実に発展している。また、実験グループとの共同研究により、新奇な超伝導ダイオード効果の側面を明らかにしたことも重要な成果である。
これまでの非線形光学は主に正常状態において研究が行われてきたが、我々は超伝導状態における非線形光学応答を明らかにした。これによる超伝導状態のプローブ法が明確になったことは、将来的な発展を示唆している。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子状態計算に基づいてより精密な理論モデルを作成し、UTe2やCeRh2As2における圧力下・磁場下の超伝導多重相と対称性の破れを解明する。
内因的および外因的超伝導ダイオード効果を包括的に解明する。
超伝導体の非線形光学応答の理論を現実の超伝導体に適用し、その有用性を検証する。
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Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Fully gapped pairing state in spin-triplet superconductor UTe22024
Author(s)
Suetsugu Shota、Shimomura Masaki、Kamimura Masashi、Asaba Tomoya、Asaeda Hiroto、Kosuge Yuki、Sekino Yuki、Ikemori Shun、Kasahara Yuichi、Kohsaka Yuhki、Lee Minhyea、Yanase Youichi、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Haga Yoshinori、Matsuda Yuji
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Journal Title
Science Advances
Volume: 10
Pages: eadk3772-1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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