| 研究課題/領域番号 |
20K03835
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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 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
山影 相 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (90750290)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (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)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | マヨラナ粒子 / トポロジカル超伝導体 / トポロジカル半金属 / 多重カイラル粒子 / 対称性 / トポロジカル超伝導 / スピン流 / 表面弾性波 / スピン１フェルミ粒子 / 多極子 / 結晶対称性 / 超伝導対称性 / 歪 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル超伝導はその表面にマヨラナ粒子（粒子と反粒子が同一の状態．電荷中性）が現れる興味深い系であり，基礎的な観点からも量子計算への応用の観点からも注目を集めている．しかし，確立した候補物質はほとんど無い．トポロジカル超伝導体の物質研究の更なる活性化を促すために，任意の結晶構造，すなわち，２３０全ての空間群においてクーパー対の対称性だけからトポロジカル超伝導を判定する方法を明らかにし，詳細な計算なしでも用いることができる形にまとめる．これは物質探索の基本的指針となる．さらに，マヨラナ粒子に固有の外部電磁場に対する応答を一般的に分類し，実験と直接関係する情報を与えることで実験研究を加速する．
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| 研究実績の概要 |
これまでの成果により、トポロジカル超伝導体の表面に現れるマヨラナ粒子がもつ電磁気的な自由度（多極子）が明らかにされてきた。本年度は、これに基づきマヨラナ粒子が引き起こす特徴的な磁気的・動的な現象を明らかにした。具体的には、強磁性絶縁体薄膜とトポロジカル超伝導体の接合系における強磁性共鳴変調に着目した。接合界面にはマヨラナ粒子が存在し、その固有の性質のために、極めて異方的な強磁性共鳴変調の信号が得られる。同時に、マヨラナ粒子がもつスピンを動的に制御することが可能となる。これらの信号は、接合界面にマヨラナ粒子が存在していることを強く示唆するものであり、非常に困難な課題と認識されている物質中に創発するマヨラナ粒子の初検出に資するものであると信じる。
さらに、ここで得られた対称性の観点から、物質中におけるマヨラナ粒子の基本的な性質を解明するという考え方を多重カイラル粒子と呼ばれるトポロジカル半金属の問題に適用した。多重カイラル粒子は真空中の素粒子であるディラック粒子やワイル粒子の拡張であり、素粒子標準模型には存在が許されない状態である。物質中においてはじめて発現する状態であり、その新奇な特性に興味がある。しかし、これらの状態はスピン・軌道と副格子が複雑に混ざり合った自由度からなっており、その有効模型は必ずしも簡単ではない。特に、外場との相互作用については理解が不十分であり、これまで正しい有効模型が得られていなかった。本研究では外場を含めた対称性を考察することで、磁場などの外場との相互作用を表す模型を構築できるようになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
マヨラナ粒子の強磁性共鳴変調については国際共同研究の結果として論文が出版された。
前年度まではマヨラナ粒子の電磁気的な自由度を明らかにするという基礎的な部分が主な対象であったが、これを応用して物理的な応答現象を明らかにするという、研究段階を次のステップに進めることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
多重カイラル粒子の外場との相互作用の定式化については結果が得られている。今後はこれを用いて、外場によるワイル点の変形やそれに伴うホール伝導度の変化などの応答を調べる計画である。また、その結果をまとめて論文を出版することを目指す。
多重カイラル粒子についての知見も得られ始め、これを契機に、多重カイラル粒子マヨラナ粒子が混成する系に着目している。この系の電磁気的な自由度を明らかにし、その応答を明らかにする。
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