| 研究課題/領域番号 |
23K25813
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01116 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山下 穣 東京大学, 物性研究所, 准教授 (10464207)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | 超伝導 / 熱ホール効果 / 強相関電子系 / カイラル超伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
時間反転対称性の破れたカイラル超伝導状態は、粒子と反粒子が同一視されるマヨラナ準粒子や誤り耐性のある量子計算への応用が可能な非可換エニオンなどの新規創発準粒子の研究の舞台として、長年探索されてきた超伝導状態である。候補物質は存在するものの、いまだ確定に至っていない。本研究ではカイラル超伝導状態だけが示す自発的熱ホール効果の観測に挑戦し、これを検証する。観測に成功すれば世界初の成果で、超伝導体における未知の準粒子の研究を大きく進展させることができる。
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| 研究実績の概要 |
時間反転対称性の破れたカイラル超伝導状態は、粒子と反粒子が同一視されるマヨラナ準粒子や誤り耐性のある量子計算への応用が可能な非可換エニオンなどの新規創発準粒子の研究の舞台として、長年探索されてきた超伝導状態である。候補物質は存在するものの、いまだ確定に至っていない。本研究ではカイラル超伝導状態だけが示す自発的熱ホール効果の観測に挑戦し、これを検証する。
初年度の本年度では、ゼロ磁場でどのように熱ホール測定を実現したらよいかという手法の確立に挑戦するところから取り組んだ。カイラル超伝導の候補物質の一つであるカゴメ超伝導体CsV3Sb5に対して、ゼロ磁場における横方向温度差を、+/-方向に印加した磁場中冷却後に比較することで、自発的熱ホール効果の観測に取り組んだ。その結果、有限の自発的熱ホール効果と思われる信号の観測に成功し、その信号が超伝導臨界温度より下で現れていることを見出した。さらに、この信号の大きさが超伝導転移時の磁場の大きさにはほとんど依存しないことも見出した。これらは、超伝導体における自発的熱ホール効果の初めての観測に成功した可能性を示している。
観測された信号が自発的熱ホール効果によるものであることを確認するため、典型的な第二種超伝導体であるNbS2を用いた比較実験を行った。その結果、この物質ではほとんど信号が観測されないことが分かった。これは、CsV3Sb5において観測された信号が測定装置によるエラーではなく、本質的な効果であることを示していると考えている。
さらに、希釈冷凍機温度までの比熱測定セルを立ち上げ、超伝導転移における比熱の飛びの大きさから試料評価も行うことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
計画ではCsV3Sb5における熱ホール測定だけでなく、s波の通常の超伝導状態が実現することが判明している第一種超伝導体のスズや第二種超伝導体のNbS2などにたいして同様の測定を行い、その結果の検証を行う予定であったが、それらの熱輸送測定ができただけでなく、比熱測定などによる試料評価も行うことができた。こうした測定結果を踏まえて、更なる検証のために磁場でトラップされた磁束の効果を調べる必要があることが判明し、その効果を調べるための微細ホール素子を用いた測定についても準備を始めることができた。これらは当初の予定以上の成果であると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
カゴメ超伝導体のCsV3Sb5における自発的熱ホール効果の観測と、s波の通常の超伝導状態が実現する第二種超伝導体のNbS2との比較測定の結果から、自発的熱ホール効果の観測に成功した可能性が高まったが、この２つの物質でトラップされた磁束の大きさが大きく違う可能性が残っている。そこで、微細ホールアレイを活用して、磁場中冷却によってこれらの試料にトラップされている磁束の大きさの直接評価を試みる。
また、別のカイラル超伝導体の候補物質であるURu2Si2についても同様の測定を行い、カイラル超伝導体における自発的熱ホール効果のさらなる検証を試みる。
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