| 研究課題/領域番号 |
19K03721
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
菅 誠一郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (40206389)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 拡張キタエフモデル / 相互作用の異方性 / 基底状態相図 / 歪み誘起擬ベクトルポテンシャル / マヨラナランダウ準位 / ホールドープ / カイラルp波超伝導 / ネマティックp波超伝導 / キタエフモデル / マヨラナ粒子 / 歪み歪み誘起擬ベクトルポテンシャル / ランダウ準位 / 超伝導 / 異方的相互作用 / ハイゼンベルク・Γモデル / 蜂の巣格子 / クラスター展開 / 数値厳密対角化 / キタエフ-ガンマモデル / 4d, 5d遷移金属化合物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁性原子が蜂の巣格子を形成する一群の4d、5d遷移金属磁性体には、幻の粒子と呼ばれるマヨラナ粒子が現れる可能性が約10年前に理論的に指摘された。その後、新奇な実験結果が次々と観測され、それらがマヨラナ粒子に由来するかどうかに注目が集まっている。本研究では、以下のテーマを理論的に調べる。1)候補物質に磁場をかけた場合に観測された興味深い実験結果が、マヨラナ粒子に起因するかどうかを調べる。2)候補物質にキャリアをドープした場合、従来の超伝導とは異なる特徴を持つ超伝導状態が現れるかどうかを明らかにする。以上の研究で得られる成果は、物質科学の基礎、および量子コンピュータの基礎としての意義がある。
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| 研究成果の概要 |
1.キタエフ候補物質の有効モデルにおいて、ダイマー極限から等方的相互作用の系にわたるパラメーラ領域で相図を得た。そして、等方的相互作用の系は量子臨界点上にあり相互作用の異方性に対して不安定である。
2.異方的相互作用までを含むキタエフモデルに歪を加えた系のエネルギースペクトルには、歪み誘起擬ベクトルポテンシャルに起因したマヨラナランダウ準位が現れる。そして系が時間反転対称性を持つため、ゼロエネルギーのランダウ準位は片方の副格子にだけ現れる。
3.ホールドープしたキタエフモデルの基底状態には、時間反転対称性を破るp波超伝導状態・保存するp波超伝導状態・回転対称性を破るp波超伝導状態が現れる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
マヨラナ粒子を用いた誤り耐性を持つトポロジカル量子計算の方法が示され、更に遷移金属化合物にマヨラナ粒子が現れる事が示されて以来、物質中でのマヨラナ粒子の研究が活発に行われている。しかし、マヨラナ粒子は電磁場と反応しないため、存在を確認し制御する事は困難な問題となっている。本研究では、候補物質に対する有効モデルの基底状態相図を広いパラメータ領域で明らかにした。次に、系に加えた歪みがマヨラナ粒子と反応し、エネルギーはランダウ準位に量子化される事を明らかにした。この結果はマヨラナ粒子を制御する方法の確立に繋がる。更に、ホールドープした候補物質は新規な超伝導状態を実現する舞台である事を明らかにした。
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