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対称性指標に基づくトポロジカル超伝導体探索指針の提案と候補物質データベースの構築

研究課題

研究課題/領域番号 20J21692
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
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東京大学

研究代表者

小野 清志郎  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードトポロジカル超伝導
研究開始時の研究の概要

近年, トポロジーによって特徴付けられる物質が精力的に研究されている. 中でもトポロジカル超伝導体は, その表面や端にマヨラナ粒子が現れるという通常の超伝導体とは異なる性質を示す. 現在でも, マヨラナ粒子の検出と制御による次世代の量子コンピューターを実現するために, トポロジカル超伝導体の探索が求められているが, 実際にトポロジカル超伝導性を示すと確認されている物質はほとんど無いのが現状である. 本研究では, トポロジカル超伝導体を包括的に探索するための理論を構築する. さらに構築した理論を物質探索に応用し, 候補物質を多数発見することを目指す.

研究実績の概要

本年度は、対称性の表現・常伝導相の占有バンド数・超伝導秩序変数の対称性のみでトポロジーを判定することができる「対称性指標理論」によって分類・検出することができないトポロジカル相の分類研究に取り組んだ。対称性指標理論では、波動関数の対称性の表現のみに着目するために計算が簡単であった。一方で、表現という一部の情報のみを用いているため、完全な分類ではなく多くのトポロジカル相が検出できないことが知られていた。特に、超伝導秩序対称性が自明表現に属するような超伝導においては、昨年度までに確立した理論を適用しても何も予言することができなかった。

そこでまず、超伝導秩序対称性が自明表現に属するような超伝導において、トポロジカル超伝導相の分類問題に取り組んだ。結晶対称性に保護されたトポロジカル超伝導相の分類問題は、低次元のトポロジカル超伝導体のパッチワークを列挙することと等価である。これは、Atiyah-Hirzebruchスペクトル系列というフレームワークで実行することができるため、この系統的な計算方法を確立し、実際に分類計算を行った。その結果、空間群230種類のうち199の空間群でトポロジカルに非自明な相が存在することが明らかになった。これまでの研究で、超伝導秩序対称性が非自明表現に属するような超伝導においては、トポロジカル相が数多く存在することが知られていたが、本研究は自明表現に属する場合であっても数多く存在することを示したこととなり、今後のトポロジカル超伝導体探索を刺激すると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] High-Throughput Investigations of Topological and Nodal Superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Tang Feng, Ono Seishiro, Wan Xiangang, Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 129 号: 2 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevlett.129.027001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Classification of time-reversal symmetric topological superconducting phases for conventional pairing symmetries2022

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro, Shiozaki Ken, Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2206.02489 ページ: 1-29

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Symmetry-Based Approach to Superconducting Nodes: Unification of Compatibility Conditions and Gapless Point Classifications2022

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro, Shiozaki Ken
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-31

    • DOI

      10.1103/physrevx.12.011021

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Symmetry indicator in non-Hermitian systems2021

    • 著者名/発表者名
      Shiozaki Ken, Ono Seishiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 号: 3 ページ: 1-35

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.035424

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-throughput Investigations of Topological and Nodal Superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Feng Tang, Seishiro Ono, Xiangang Wan, Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2106.11985 ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi mathvariant="double-struck">Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math>-enriched symmetry indicators for topological superconductors in the 1651 magnetic space groups2021

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro, Po Hoi Chun, Shiozaki Ken
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 2 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.023086

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Symmetry-based approach to nodal structures: Unification of compatibility relations and gapless point classifications2021

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Ono, Ken Shiozaki
    • 雑誌名

      preprint

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Refined symmetry indicators for topological superconductors in all space groups2020

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro, Po Hoi Chun, Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 6 号: 18 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1126/sciadv.aaz8367

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] qeirreps: an open-source program for Quantum ESPRESSO to compute irreducible representations of Bloch wavefunctions2020

    • 著者名/発表者名
      Akishi Matsugatani, Seishiro Ono, Yusuke Nomura, Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      preprint

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Z2-enriched symmetry indicators for topological superconductors in the 1651 magnetic space groups2020

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Ono, Hoi Chun Po, Ken Shiozaki
    • 雑誌名

      preprint

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Symmetry-based approach to superconductors: High-throughput investigation of topological and nodal superconductivity2022

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 対称性の表現に基づく超伝導ノード構造の分類手法--適合関係と点ノード分類の統合--2021

    • 著者名/発表者名
      小野清志郎、塩崎謙
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 対称性の表現に基づくバンドトポロジーの解析: 対称性指標、ノード分類、物質への応用2021

    • 著者名/発表者名
      小野清志郎
    • 学会等名
      物質のトポロジカル相の理論的探究」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Z2-enriched symmetry indicators for topological superconductors in the 1651 magnetic space groups2021

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Ono, Hoi Chun Po, Ken Shiozaki
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トポロジカル超伝導相の対称性指標と物質探索2020

    • 著者名/発表者名
      小野 清志郎, Hoi Chun Po, 塩崎謙
    • 学会等名
      第94会日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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