| 研究課題/領域番号 |
20K03860
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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 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
水島 健 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (50379707)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | トポロジカル超伝導 / スピントロニクス / 異方的超伝導 / マヨラナ準粒子 / スピン輸送 / 交差応答 / 集団励起 / スピンネルンスト効果 / スピンゼーベック効果 / 準古典理論 / 熱ホール効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Berry位相に代表される量子状態空間の幾何学的構造は現代の物理学において最も重要な概念の一つである。本研究課題では、トポロジカル超伝導とスピントロニクスの知見を融合することで、量子幾何構造が織りな す豊かなスピン物性を抽出することを目指す。一方、超伝導輸送研究で広く用いられる強力な 理論として準古典Eilenberger理論があるが、この理論は量子幾何構造を取り込んでいないという重大な欠陥がある。そこで本研究課題では、量子幾何構造を取り込んだ準古典輸送理論の確立を目指す。この理論を基に、クーパー対のダイナミクスに由来した量子幾何構造の揺らぎが生み出す新奇な超伝導スピン物性を探求する。
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| 研究成果の概要 |
本研究課題を通して、トポロジカル超伝導における新規な熱スピン輸送現象を明らかにした。特に、時間反転対称性を保ったトポロジカル超伝導では、ヘリカルクーパー対の対称性を反映して、不純物における準粒子散乱がスピン依存した非対称散乱となることを示した。この結果、温度勾配を印加すると、その垂直方向にスピン流が流れることを示した（スピンネルンスト効果）。さらに、時間反転対称性を破った非ユニタリ超伝導状態では、温度勾配に沿った方向にスピン流が流れる「スピンゼーベック効果」が生じることを明らかにした。これらの熱スピン輸送現象を観測することで、トポロジカル超伝導の対称性を直接検出することができることを提案した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究課題では得られた成果の最も重要な意義は、トポロジカル超伝導を担うクーパー対の非自明な対称性を熱スピン輸送現象を通して検出することができるということを明らかにしたことである。これまで、時間反転対称性を破った超伝導では、カイラルクーパー対が鏡映対称性を破ることで、異常熱ホール効果が現れることがわかっていた。一方で、時間反転対称性を保ったトポロジカル超伝導や非ユニタリ超伝導固有の輸送現象は知られていなかった。我々の成果によって、前者ではスピンネルンスト効果が現れ、後者の超伝導状態ではスピンゼーベック効果が現れることを明らかになった。
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