超伝導体におけるトポロジカルなＢｅｒｒｙ位相に起因する量子熱電輸送現象の理論研究

• 研究課題/領域番号: 14J00647
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性II(理論)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 住吉 浩明 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: ワイル半金属 / 量子異常 / 格子欠陥 / カイラル磁気効果 / 重力 / カイラル超伝導体 / ネルンスト効果 / 超伝導ゆらぎ

研究実績の概要

本年度は以下の２つの研究を行った。
[研究1]格子欠陥によって引き起こされる有効的な磁場による、chiral magnetic effect(カイラル磁気効果、CME)に類似した効果である、torsional chiral magnetic effect(TCME)を提案した。研究は、曲がった時空の場の理論およびtight-binding模型における数値計算を用いて遂行された。 本研究によって提案されたTCMEは、異なるカイラリティをもつワイル点のエネルギーが異なる場合(空間反転対称性の破れたワイル半金属)に起こる通常のCMEと違い、ブリルアンゾーンのことなる点にワイル点が存在する場合(時間反転対称性の破れたワイル半金属)に起こることがわかった。 また、CMEは現実の格子系では静的には起こらないことが先行研究[M.M.Vazifeh and M.Franz PRL(2013), N.Yamamoto PRD (2015)]によって理論的に示されているが、格子系の数値計算等によってTCMEは格子系でも起こることがわかった。先行研究のno-go theoremとTCMEの関連についても論文で議論した。
[研究2]非一様磁場によって引き起こされるCMEを議論した。一様な静的磁場では上述のno-go theoremにより、CMEは起こらないことが示されている。一方で、非一様磁場においてはこの定理の仮定が満たされず、電流が引き起こされると考え、研究を行った。本研究によって、正弦関数型等の様々な空間依存性をもつ磁場によって電流が引き起こされうることを、理論的に示された。また、この効果は、磁化測定によって実験によって検証が可能であることを示した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Chiral Magnetic Effect due to Inhomogeneous Magnetic Fields in Noncentrosymmetric Weyl Semimetals (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohei Ibe and Hiroaki Sumiyoshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 5 ページ: 054707-054707
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.054707
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Torsional Chiral Magnetic Effect in a Weyl Semimetal with a Topological Defect (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sumiyoshi, Satoshi Fujimoto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 号: 16 ページ: 166601-166605
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.166601
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Colossal thermomagnetic response in the exotic superconductor URu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Haga, T.D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Sumiyoshi, S. Fujimoto, A. Levchenko, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 11 号: 1 ページ: 17-20
  • DOI: 10.1038/nphys3170
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Nernst and Hall effects due to chiral superconducting fluctuations (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sumiyoshi, Satoshi Fujimoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.184518
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 転移欠陥のあるワイル半金属におけるtorsion量子異常 (2015)
  • 著者名/発表者名: 住吉浩明
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 東京, 日本
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Topological Thermoelectric Response in Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sumiyoshi
  • 学会等名: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-12-02
• [学会発表] Giant Nernst Effects in Chiral Superconductors due to "Berry Phase Fluctuations" (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sumiyoshi
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [備考] 超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果の発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141202_1.html