| 研究課題/領域番号 |
22K03478
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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13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
小林 伸吾 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (40779675)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 超伝導 / 多自由度 / トポロジー / マヨラナ準粒子 / ギャップレス相 / 対称性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、多自由度を持つ超伝導の物質開拓が進み、多自由度（スピン、軌道、副格子など）から形成される多様なクーパー対が提唱されている。しかし、多様なクーパー対を実験的に検証する方法は確立しておらず、多自由度の観点から超伝導物性を開拓する必要がある。本研究では、ギャップレス状態に焦点を当て、多自由度に伴う量子効果が超伝導物性に及ぼす影響を解明する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は超伝導の現代的分類理論を基礎とし、電子の多自由度に由来する量子現象が超伝導物性に及ぼす影響を調べることを目的としている。本年度は、（１）副格子自由度を持つ超伝導体における表面状態の研究、（２）スピン１重項超伝導体における軌道自由度由来のトポロジーについて研究を行った。
（１）超伝導体が非自明なトポロジカル数（整数）を持つとき表面にマヨラナ準粒子が出現する。では超伝導体が非自明な幾何学的位相（実数）を持つとき表面に異常は現れるだろうか？我々はこの問に対し、幾何学的位相に由来する表面状態が存在することを明らかにした。この表面状態はマヨラナ準粒子や通常のアンドレーエフ束縛状態とは異なる性質を持っている。BCSチャージと呼ばれる量が空間的に振動した構造を持つため、我々はこの表面状態を「振動電荷アンドレーエフ束縛状態(OCABS)」と名付けた。OCABSは副格子自由度を持つ超伝導体において現れ、表面において電子あるいはホールの状態密度のみを持つ。この性質よりアンドレーエフ反射が起こらず、トンネルコンダクタンスでは検出されないなど際立った性質を持つことも明らかにした。
（２）スピン１重項s波超伝導体はトポロジカルに自明である。本研究では、軌道自由度に対する非自明な縮退が存在するとき、スピン１重項s波超伝導体であってもトポロジカルに非自明になり得ることを明らかにした。このトポロジカル相は従来の分類理論の枠外にあり、新奇なトポロジカル相である。また、本理論を鉄系超伝導体に応用できることも明らかにした。本研究成果は多自由度とトポロジーの協奏による新奇トポロジカル超伝導体が存在することを示し、今後のトポロジカル超伝導体の探索に新しい方向性をもたらすと考えている。
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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
当初計画していたように、多自由度を有する超伝導体における表面状態の研究を進め論文にまとめることができた。また、多自由度に由来する新奇トポロジカル超伝導相の発見など新領域を開拓することもできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究では以下の研究課題に取り組みたい。
（１）多自由度とトポロジーによる新奇トポロジカル相に関する研究
昨年度の研究において軌道自由度による新奇トポロジカル相が存在することを明らかにした。来年度は、この研究に基づいて新奇トポロジカル相の物性を開拓していきたい。
（２）多自由度超伝導体と幾何学的位相の関係に関する研究
多自由度を有する超伝導体では従来の超伝導理論の範疇を超えた新奇量子現象が発現する。来年度は副格子自由度を持つ超伝導体におけるトポロジカル物性や量子幾何効果による新奇物性の開拓を行いたい。
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