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対称性とトポロジーの協奏が織りなす新奇量子輸送現象

研究課題

研究課題/領域番号 16K05448
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関大阪大学

研究代表者

水島 健  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50379707)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードトポロジカル超伝導 / 超流動 / 集団励起 / ネマティック超伝導 / ワイル超伝導 / 超流動3He / 輸送現象 / ワイル粒子 / カイラル異常 / 物性理論 / 南部関係式 / 量子輸送現象
研究成果の概要

トポロジカル超伝導における新規な輸送現象を明らかにした。具体的には,ネマティック超伝導におけるネマティック秩序の揺らぎに対応するNambu-Goldstoneモードやchiral Higgsモードが存在することを明らかにし,電磁波吸収や動的帯磁率への寄与を定量的に議論した.超伝導分野で広く用いられている準古典輸送理論にはBerry曲率などの幾何学的位相の寄与は取り込まれていない.本課題において幾何学的位相の寄与を取り込むように準古典理論を拡張した.この理論をもとに,Weyl超流動・超伝導における「捻れ場由来のカイラル磁気効果」や「負の熱磁気抵抗効果」を明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題の研究成果は大きく2つに分けられる:(1)トポロジカル超伝導に有効な準古典理論の拡張と(2)トポロジカルな物質観を中性子星へ展開したことである.本課題において(1)を用いて既に「捻れ場由来のカイラル磁気効果」や「負の熱磁気抵抗効果」など新しい輸送現象を見出したが,さらに今後のトポロジカル超伝導性に由来した新奇な交差応答やトポロジカル超伝導をプラットフォームとしたスピントロニクス研究などへの展開が期待される.また,トポロジカルな物質観を中性子に展開することで,中性子星の異常な冷却機構や巨大磁場の起源、さらにはパルサーグリッチといった未解決問題への新たな切り口となると期待する.

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (56件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 23件、 招待講演 20件)

  • [国際共同研究] ノースウェスタン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] The University of British Columbia(カナダ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Northwestern University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Northwestern University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ノースウェスタン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] フロリダ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Microscopic description of axisymmetric vortices in P23 superfluids2020

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yusuke、Mizushima Takeshi、Nitta Muneto
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 1 ページ: 013193-013193

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.013193

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Critical end point and universality class of neutron 3P2 superfluids in neutron stars2020

    • 著者名/発表者名
      Mizushima Takeshi、Yasui Shigehiro、Nitta Muneto
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 1 ページ: 013194-013194

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.013194

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chiral Higgs Mode in Nematic Superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Uematsu Hiroki、Mizushima Takeshi、Tsuruta Atsushi、Fujimoto Satoshi、Sauls J.?A.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 号: 23

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.237001

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Torsional chiral magnetic effect due to skyrmion textures in a Weyl superfluid 3He-A2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishihara, T. Mizushima, A. Tsuruta, and S. Fujimoto
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 99 号: 2 ページ: 0245131-13

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.024513

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge/spin supercurrent and the Fulde-Ferrell state induced by crystal deformation in Weyl/Dirac superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      T. Matsushita, T. Liu, T. Mizushima, and S. Fujimoto
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 13 ページ: 1345191-11

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.134519

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Negative Thermal Magnetoresistivity as a Signature of Chiral Anomaly in Weyl Superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi, T. Matsushita, T. Mizushima, A. Tsuruta, and S. Fujimoto
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 121 号: 20 ページ: 2070021-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.207002

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multifaceted properties of Andreev bound states: interplay of symmetry and topology2018

    • 著者名/発表者名
      Mizushima T.、Machida K.
    • 雑誌名

      Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical,Physical and Engineering Sciences

      巻: 376 号: 2125 ページ: 201503551-27

    • DOI

      10.1098/rsta.2015.0355

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topology and symmetry of surface Majorana arcs in cyclic superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima and M. Nitta
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 97 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.024506

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3P2 Superfluids Are Topological2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima, Kota Masuda, Muneto Nitta
    • 雑誌名

      Phys.Rev.

      巻: B95 号: 14

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.140503

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Non-Local Manipulation of Local Tunneling Processes through Majorana Zero Modes2017

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 雑誌名

      JPSJ News Comments

      巻: 14 ページ: 14-14

    • DOI

      10.7566/jpsjnc.14.14

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the Nambu fermion-boson relations for superfluid 3He-B2017

    • 著者名/発表者名
      J. A. Sauls and T. Mizushima
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.094515

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 中性子星内部に拡がるトポロジカル3P2超流動現象": シンポジウム「宇宙・素粒子・核 ・物性でつなぐ中性子星物理の現在と未来」2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      日本物理学会2020年年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fingerprints of Nematic and Weyl Superconductivity2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      EPiQS-TMS 3rd Alliance Workshop on Topological Materials Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fingerprints of Nematic and Weyl Superconductivity2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Surface Bosonic Excitations in Confined Topological Superfluid 3He-B2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Higgs modes in topological superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      Superstripes 2019: Quantum physics in Complex Matter: Superconductivity, Magnetism and Ferroelectricity
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exotic Quasiparticles in Topological Superfluids: Majorana and Weyl2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      第1回冷却原子研究会「アトムの会」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stripe Instabilities in Confined Superfluid 3He: Roles of Majorana Fermions and Higgs Bosons2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Spectroscopy of surface Majorana fermions in superfluid 3He-B using a mechanical oscillator2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Higgs Spectroscopy of Nematic and Chiral Superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      Spectroscopies in Novel Superconductors
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 制限空間中の超流動3Heにおける集団励起モード2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導体U1-xThxBe13における対称性の破れとトポロジー2019

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      日本物理学会2019年年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微小機械振動子でみる超流動3He-Bの表面アンドレーエフ束縛状態と磁場誘起トポロジカル相転移2019

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      日本物理学会2019年年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Detecting Majorana Fermions in Topological Superfluids: Can Higgs Meet Majorana?2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      Erice Workshop 2018 "Majorana Fermions and Topological Materials Science"
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Anomalous transport due to chiral anomaly in Weyl superconductors and neutron stars2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids (QFS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マヨラナ・ワイル準粒子がもたらすトポロジカル現象~超流動3Heを中心に~2018

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      研究会「超流動3HeおよびスピノールBECにおけるトポロジカル相・励起」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Chirality Fluctuation and Electromagnetic Response in Nematic Superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors (M2S-2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology and symmetry in multiple superconducting phases of UxTh1-xBe132018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology and symmetry in multiple superconducting phases of UxTh1-xBe132018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop: Topological Magnets and Topological Superconductors
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ネマティック超伝導体におけるカイラリティ揺らぎと電磁応答2018

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      日本物理学会2018年年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] The stripe phase as a dynamical instability of the J=2+,mJ=0 Higgs field in confined superfluid 3He2017

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2017
    • 発表場所
      ニューオリンズ(アメリカ)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Odd-frequency pairing in topological crystalline superconductors2017

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      新学術領域研究「トポロジカル物質科学」:第8回集中連携研究会「奇周波数クーパー対の物理」
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2017-01-06
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interplay of fermions and bosons near topological quantum phase transitions in superfluid 3He2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      The 19th Int'l Conference on Present Progress in Many-Body Theories
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interplay between massive bosons and topological fermions in superfluids 3He2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      Quantum World-2017: From E=MC2 to Quantum Industry
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological Quantum Criticality in Confined Superfluid 3He-B2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chiral anomaly in superfluid 3He-A with a skyrmion-vortex2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      ULT 2017 Frontiers of Low Temperature Physics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interplay of topological fermions and bosons in confined superfluid 3He-B2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      ULT 2017 Frontiers of Low Temperature Physics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The stripe phase as the dynamical instability of the Higgs field in confined superfluid 3He-B2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      28th International Conference on Low Temperature Physics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological Quantum Criticality in Confined Superfluid 3He2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Mizushima
    • 学会等名
      28th International Conference on Low Temperature Physics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 制限空間中の超流動3HeにおけるHiggsボソン場の動的不安定性とストライプ相2017

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Spontaneous symmetry breaking and Nambu's fermion-boson mass relations in topological superfluid 3He2017

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      Theory of Correlated Topological Materials 2017
    • 発表場所
      物性研究所(千葉県・柏市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超流動体における対称性の破れとトポロジー:3Heから中性子星まで2017

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      核物理×物性セミナー
    • 発表場所
      千葉工業大学(千葉県・習志野市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The coldest and hottest topological superfluids: From 3He to neutron stars2017

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      理研iTHES神戸量子物性研究会
    • 発表場所
      理研iTHES神戸(兵庫県・神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical Methods for Eigenvalue Problems: Vortices in Fermionic and Bosonic Superfluids2016

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      Kyoto Meeting 2016 Winter
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-12-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Topology and Symmetry of Unconventional Superconductors and Superfluids2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      EPIQS-TMS Trans-Pacific Conference on Topological Quantum Materials
    • 発表場所
      モーレア島(フランス領ポリネシア)
    • 年月日
      2016-12-03
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chiral Domain Walls in Superfluid 3He-B2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      Topological Materials Science: Intensive-Interactive Meeting
    • 発表場所
      慶應大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-11-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topology and Symmetry in Unconventional Superfluids and Superconductors2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      TOPO MAT Meeting
    • 発表場所
      シュツットガルト(ドイツ)
    • 年月日
      2016-09-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] サイクリック超伝導体のトポロジー2016

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 超流動3He-Bの集団励起モードにおける強結合効果と南部関係式2016

    • 著者名/発表者名
      水島健
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Topology, emergent Ising order, and spontaneous symmetry breaking in superfluid 3He-B2016

    • 著者名/発表者名
      T. Mizushima
    • 学会等名
      International Conference on Quantum Fluids and Solids 2016 (QFS2016)
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2016-08-11
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-21  

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