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第一原理強束縛模型によるトポロジカル物質のバルク観測量提案

公募研究

研究領域トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
研究課題/領域番号 16H00995
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

永井 佑紀  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (20587026)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードトポロジカル超伝導 / ネマティック超伝導 / 物性理論
研究実績の概要

昨年度に引き続き、トポロジカル絶縁体に電子がドープされて生じるトポロジカル超伝導候補物質であるCuxBi2Se3やSn1-xInxTeの物性について調べた。CuxBi2Se3に関しては、NMRのナイトシフト実験や比熱の面内磁場方向依存性、臨界磁場の方向依存性などから、結晶が持つ回転対称性より低い二回対称性を持つ「ネマティック超伝導状態」という特異な超伝導状態が生じていると予想されている。また、Cu以外の元素をドープした場合においても、同様な二回対称性を持つ状態が生じていると報告されている。これらの物質群の二回対称性は、超伝導状態がトポロジカル超伝導状態であることを強く示唆している。一方、STMの実験などでは端状態が見えないという報告もなされており、CuxBi2Se3に関しては、バルク観測量とエッジ敏感観測量の間に齟齬が生じている状況である。これらは当初予想できなかったため、ネマティック超伝導状態のより詳しい物性について調べた。しかしながら、状況を打破するような研究成果を挙げるには時間が不十分であった。
ネマティック超伝導状態はトポロジカル超伝導状態であるため、バルクエッジ対応から端状態が存在すると予想される。もし、なんらかの新しい秩序相が現れるのであれば、端状態が消える可能性がある。そこで、スピン軌道相互作用のないより簡単な系であり端状態をもつd波超伝導体に関して、端状態の存在の安定性について理論的に調べた。Bogoliubov-de Gennes方程式をd波超伝導体ナノアイランド系で自己無撞着に解いた結果、低温で端状態が消失することを明らかにした。そして、端に時間反転対称性を破る新しい秩序状態が生じることがわかった。
また、トポロジカル超伝導体における強相関効果を調べるため、強相関電子系の計算手法である連続時間量子モンテカルロ法の高速化手法についても開発を行った。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 7件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] サスカチュワン大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] サスカチュワン大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Spin resonance in the new-structure-type iron-based superconductor CaKFe4As42017

    • 著者名/発表者名
      K. Iida, M. Ishikado, Y. Nagai, H. Yoshida, A. D. Christianson, N. Murai, K. Kawashima, Y. Yoshida, H. Eisaki, and A. Iyo
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 9 ページ: 093703-093703

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.093703

    • NAID

      210000134492

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-learning Monte Carlo method: Continuous-time algorithm2017

    • 著者名/発表者名
      Nagai Yuki、Shen Huitao、Qi Yang、Liu Junwei、Fu Liang
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.161102

    • 関連する報告書
      2017 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] Time-reversal symmetry breaking and gapped surface states due to spontaneous emergence of new order in d-wave nanoislands2017

    • 著者名/発表者名
      Nagai Yuki、Ota Yukihiro、Tanaka K.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.060503

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Reduced-Shifted Conjugate-Gradient Method for a Green’s Function: Efficient Numerical Approach in a Nano-Structured Superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nagai, Yasushi Shinohara, Yasunori Futamura, and Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 1 ページ: 014708-014708

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.014708

    • NAID

      40021057702

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Self-consistent study of Abelian and non-Abelian order in a two-dimensional topological superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      S. L. Goertzen, K. Tanaka, and Yuki Nagai
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 95 号: 6 ページ: 064509-064509

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.064509

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Orbital angular momentum in a topological superconductor with Chern number higher than 12016

    • 著者名/発表者名
      Atsuo Shitade and Yuki Nagai
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 93 号: 17

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.174517

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical temperature enhancement of topological superconductors: A dynamical mean-field study2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nagai, Shintaro Hoshino, and Yukihiro Ota
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 93 号: 22

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.220505

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Manifestation of chirality in the vortex lattice in a two-dimensional topological superconductor2016

    • 著者名/発表者名
      Evan D. B. Smith, K. Tanaka, Yuki Nagai
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 94 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.064515

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electrical Conductivity through a Single Atomic Step Measured with the Proximity- Induced Superconducting Pair Correlation2016

    • 著者名/発表者名
      Howon Kim, Shi-Zeng Lin, Matthias J. Graf, Yoshinori Miyata, Yuki Nagai, Takeo Kato,and Yukio Hasegawa
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 117 号: 11 ページ: 1168021-5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.116802

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermodynamic evidence for nematic superconductivity in CuxBi2Se32016

    • 著者名/発表者名
      S. Yonezawa, K. Tajiri, S. Nakata, Y. Nagai, Z. Wang, K. Segawa, Y. Ando, and Y. Maeno
    • 雑誌名

      Nature Phys.

      巻: 13 号: 2 ページ: 123-126

    • DOI

      10.1038/nphys3907

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nuclear magnetic relaxation rates of unconventional superconductivity in doped topological insulators2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nagai and Yukihiro Ota
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 94 号: 13

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.134516

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Spontaneous time-reversal breaking and topologically protected gapless states in unconventional nano superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, Y. Ota and K. Tanaka
    • 学会等名
      TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop; Topological Magnets and Topological Superconductors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 自己学習連続時間量子モンテカルロ法:機械学習を用いたマルコフ連鎖モンテカルロ法の高速化2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, H. Shen, Y. Qi, J. Liu, and L. Fu
    • 学会等名
      2018年日本物理学会年次大会 東京理科大学
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Anti-peak profile of the nuclear magnetic relaxation rate in a superconducting topological insulator2017

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀、太田幸宏
    • 学会等名
      American Physical Society 2017 March meetings
    • 発表場所
      New Orleans , USA
    • 年月日
      2017-03-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Second-order phase transition due to disappearance of topological protection in d-wave superconducting nanoislands2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, Y. Ota and K. Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science 2017 (TopoMat2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-reversal symmetry breaking phase, gapped surface states, and vortex-antivortex pairs in d-wave nanoislands2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, Y. Ota and K. Tanaka
    • 学会等名
      16th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors (VORTEX 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-learning continuous-time quantum Monte Carlo method2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, H. Shen, Y. Qi, J. Liu, and L. Fu
    • 学会等名
      Order, Fluctuations, and Strong Correlations; New Platforms and Developments (INTERTWINED C17)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] d 波超伝導ナノアイランドにおける時間反転対称性の破れた相と渦糸・反渦糸2017

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀、太田幸宏、K. Tanaka
    • 学会等名
      第 25 回渦糸物理国内会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Pb(111)/Mn5Ge3界面における超伝導強磁性近接効果のSTM観察2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Hasegawa, K. Howon, Y. Nagai, and T. Kato
    • 学会等名
      2017年日本物理学会秋季大会 岩手大学
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 黒リンにおけるバルク不純物状態のSTM観察2017

    • 著者名/発表者名
      T. Machida, T. Takahashi, Y. Kohsaka, K. Iwatanni, T. Hanaguri, T. Sasagawa, Y. Nagai
    • 学会等名
      2017年日本物理学会秋季大会 岩手大学
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ンツブルグ・ランダウ方程式によるCuxBi2Se3のポイントノード秩序に対する渦糸状態2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Ota, Y. Nagai, and M. Machida
    • 学会等名
      2017年日本物理学会秋季大会 岩手大学
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 単結晶CuxBi2Se3の比熱及び上部臨界磁場の異方性2016

    • 著者名/発表者名
      田尻兼悟, 米澤進吾, Zhiwei Wang, 永井佑紀, 瀬川耕司, 前野悦輝, 安藤陽一
    • 学会等名
      2016年日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ドープされたトポロジカル絶縁体の超伝導状態での核磁気緩和率の理論的解析2016

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀, 太田幸宏
    • 学会等名
      2016年日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Shifted CG法を用いた超伝導自己無撞着平均場計算の実空間高速解法2016

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀, 篠原康, 二村保徳, 櫻井鉄也
    • 学会等名
      2016年日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 弱結合近似による2次元トポロジカルs波超伝導の転移温度2016

    • 著者名/発表者名
      太田幸宏, 永井佑紀、 星野晋太郎
    • 学会等名
      2016年日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-28  

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