| 研究課題/領域番号 |
19K14662
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
正木 祐輔 東北大学, 工学研究科, 助教 (90837840)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | トポロジカル超伝導・超流動 / マヨラナフェルミオン / 非可換渦 / 表面ボソンモード / 多成分超流動 / マヨラナフェルミオンフェルミオン / 集団励起 / 非一様超伝導超流動 / スピン輸送 / 半整数渦 / スピンネルンスト効果 / トポロジカル超流動 / トポロジカル / Majoranaフェルミオン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，トポロジカル超伝導・超流動における集団 (ボソン) 励起と表面 Majorana 状態との結合の理論およびその結合を利用した新しい検出方法の提案を行う．従来，超伝導体の集団励起は現象論を用いた研究が盛んに行われてきたが，空間的に局在した低エネルギー励起であるフェルミオン自由度は反映されていない．本計画ではこのフェルミオン自由度が取り扱えて，空間不均一な問題にも相性の良い準古典理論による定式化と解析を行う．また集団励起の解析はトポロジカル相の間の相転移の情報も含み，制限空間で初めて起こるような相転移の場合にMajorana 端状態が重要となりうる．
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| 研究成果の概要 |
マヨラナフェルミオンはトポロジカル超伝導・超流動の端や渦などの位相欠陥おいて現れ，その非可換統計性を用いた量子計算への応用の期待から注目を集めている．本研究ではある種のトポロジカル超流動において非可換統計に従う渦の安定性を見出し，またその非可換渦内にそれとは別の非可換統計を示すMajoranaフェルミオンの存在を理論的に明らかにした．また超伝導にとどまらず，磁性体の表面ボソンモード不安定性などについても調べ，実験で観測されている巨大な物性変化の起源を明らかとした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果によって，量子渦というボソン的な秩序変数における非可換性とマヨラナフェルミオンというフェルミオン的な渦内束縛状態の非可換性という二種類の非可換性を備えた半整数渦が安定に存在しうることが明らかとなった．非可換統計は量子計算への応用が期待される重要な特徴である．またソリトンの表面バリアの消失が表面ボソンモードの不安定化であることを明らかにした．表面での不安定化は実験でも急峻な物理量（物性状態）の変化として観測されており，次世代デバイス応用に期待されるソリトンの制御性からも重要である．
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