スピン三重項超流動体の新奇界面現象

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象
• 研究課題/領域番号: 22103003
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 石川 修六 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (90184473)
• 研究分担者: 野村 竜司 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (00323783) ; 東谷 誠二 広島大学, 総合科学研究科, 准教授 (70304368) ; 三宅 和正 公益財団法人豊田理化学研究所, 基礎工学研究科, 常勤フェロー (90109265) ; 中原 幹夫 近畿大学, 理工学部, 教授 (90189019) ; 高木 丈夫 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00206723) ; 池上 弘樹 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, 専任研究員 (70313161)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 超流動3He / スピン三重項超流体 / 半整数量子渦 / 表面マヨラナ状態 / 奇周波数クーパー対 / カイラルドメイン壁 / トポロジカル超流体

研究実績の概要

超流動3HeｰA相での半整数量子渦探索（石川（代表）、中原、高木）A相は時間反転対称性が破られたカイラル超流体であり、軌道とスピンの自由度がそれぞれπの位相回転を担う半整数量子渦が薄膜超流動状態で予想されている。中原は磁場下回転での半整数渦の安定性と渦格子の形成を理論計算した。高木は半整数渦格子の全体に拡がるスピン波共鳴周波数の回転角速度依存性を計算した。石川は高磁場下で回転しながら超流動転移させ実験を進めたが、半整数量子渦の検出には至っていない。
超流動3HeｰB相のマヨラナ束縛状態に対する磁気効果（野村）ゼロ磁場中のB相は時間反転対称であり、壁の鏡面度が大きいときに表面マヨラナコーンを持ったトポロジカル超流体であることが明らかになった。磁場下では時間反転対称性が破れトポロジカルに保護された表面マヨラナモードが消失し、ゼロエネルギーギャップが出現するトポロジカル相転移が予想されている。磁場下での実験で音響インピーダンスの実部虚部に特徴的な振る舞いを見いだした。磁場によるトポロジカル相転移にともなうギャップ生成と考えている。
不均一・超伝導体における奇周波数クーパー対とスピン帯磁率（東谷、三宅）奇周波数クーパー対の存在はスピン帯磁率の増大という異常を低温で引き起こす。これは奇周波数状態の「負の超流動密度」に起因することが示された。奇周波数超伝導状態での「負のマイスナー効果」と同じと考えられる。
超流動3HeｰB相の表面奇周波数状態と自発スピン流（東谷）表面束縛状態は自発スピン流を生み出す。このスピン流が偶周波数クーパー対と奇周波数クーパー対が共存する領域のみに散在することを示した。
超流動3HeｰA相表面におけるトポロジカル欠陥の観測（池上）A相の自由表面に形成されたカイラルドメイン壁の存在を電子に働くマグナス力から観測した。特異な欠陥(Boojum等)のドメイン壁構造を探索する研究を始めた。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Phase Transition to a Time-Reversal Symmetry-Breaking State in d-Wave Superconducting Films with Rough Surfaces (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Higashitani, N. Miyawaki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 033708-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.033708
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deformation of the Fermi Surface and Anomalous Mass Renormalization by Critical Spin Fluctuations through Asymmetric Spin-Orbit Interaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujimoto, K. Miyake, H. Matsuura
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 043702-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.043702
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fermi surface effect on spontaneous breaking of time-reversal symmetry in unconventional superconducting films (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Miyawaki, S. Higashitani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 ページ: 09451-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.094511
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-Dependent Acoustic Response in the Nonunitary A1 and A2 Phases of Superfluid He3 under High Magnetic Fields (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Murakawa, A. Yamaguchi, M. Arai, M. Wasai, Y. Aoki, H. Ishimoto, R. Nomura, Y. Okuda, Y. Nagato, S. Higashitani, K. Nagai
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 ページ: 105304-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.105304
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of Parallel Plates for Bound State Susceptibility of Superfluid 3He-B (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Akiyama, M. Wasai, T. Nakao, R. Nomura, Y. Okuda
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 4 ページ: 0110040104
  • DOI: 10.7566/JPSCP.4.011004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Manipulating textures of rotating superfluid 3He-A phase in a single narrow cylinder (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kunimatsu, H. Nema, R. Ishiguro, M. Kubota, T. Takagi, Y. Sasaki, and O. Ishikawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 214525-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.214525
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of half-quantum vortex in superfluid 3He-A phase (2014)
  • 著者名/発表者名: Y Kimura, T Kunimatsu, K Obara, H Yano, T Hata, T Takagi, O Ishikawa
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 568 ページ: 012006-1-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/1/012006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ginzburg-Landau Formalism for 2n-Body Condensation (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuruta, S. Imamura, K. Miyake
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 09460301019
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.094603
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin Current as a Manifestation of Surface Odd-Frequency Pairing in Superfluid 3He (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Higashitani
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 075002-1-2
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.075002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] BCS-BEC Crossover in Two-Dimensional Attractive Hubbard Modelunder Magnetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tsuruta, S. Hyodo, K. Miyake
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 063706-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.063706
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Odd-frequency pairing effect on the superfluid density and the Pauli spin susceptibility in spatially nonuniform spin-singlet superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Higashitani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 184505-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.184505
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theory of Pairing Assisted Spin Polarization in Spin-Triplet Equal Spin Pairing: Origin of Extra Magnetization in Sr2RuO4 in Superconducting State (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyake
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 05370-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.053701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 超流動ヘリウム3-A相における磁場下での半整数量子渦Ⅱ (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村豊，國松貴之，小原顕，矢野英雄，畑徹，高木丈夫，石川修六
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、新宿区西早稲田、東京
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-25
• [学会発表] 超流動3He-A相の半整数渦の渦対Ⅱ (2015)
  • 著者名/発表者名: 高木丈夫
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、新宿区西早稲田、東京
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-24
• [学会発表] 境界面に垂直な磁場下における超流動ヘリウム3の横音響インピーダンスⅡ (2015)
  • 著者名/発表者名: 長登康、東谷誠二、永井克彦
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、新宿区西早稲田、東京
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-24
• [学会発表] エアロジェル界面における超流動ヘリウム3近接効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森岡悠，相原安裕，木村豊，加藤千秋，小原顕，矢野英雄，石川修六，畑徹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、新宿区西早稲田、東京
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-24
• [学会発表] Intrinsic Angular Momentum of Topological Superfluid 3He-A (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Ishikawa, T. Kunimatsu, H. Nema, R. Ishiguro, M. Kubota, T. Takagi, Y. Sasaki
  • 学会等名: International Conference on Topological Quantum Phenomena
  • 発表場所: Kyoto university, Yoshidahonmachi, Sakyou-ku, Kyoto
  • 年月日: 2014-12-20 – 2014-12-20
• [学会発表] Magnetic Field Effects on the Surface Majorana Bound States of Superfluid 3He B-phase (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Nomura, M. Wasai, K. Akiyama, M. Mashino, T. Nakao, S. Murakawa, Y. Okuda
  • 学会等名: International Conference on Topological Quantum Phenomena
  • 発表場所: Kyoto university, Yoshidahonmachi, Sakyou-ku, Kyoto
  • 年月日: 2014-12-18 – 2014-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum growth and self-organized criticality in 4He crystal in aerogel (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuda, S. Minami, R. Nomura, Y. Okuda
  • 学会等名: Conference on Topological Aspects of Quantum Matter
  • 発表場所: National Tsing Hua University, Taiwan
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-11
• [学会発表] Effects of a Perpendicular Magnetic Field on the Surface Andreev Bound States in Superfluid 3He B-phase (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Akiyama, M. Wasai, M. Mashino, R. Nomura, Y. Okuda
  • 学会等名: Conference on Topological Aspects of Quantum Matter
  • 発表場所: National Tsing Hua University, Taiwan
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-11
• [学会発表] 超流動ヘリウム3-A相における磁場下での半整数量子渦 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木村豊，國松貴之，小原顕，矢野英雄，畑徹，高木丈夫，石川修六
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、春日井市松本町、愛知県
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-08
• [学会発表] 超流動3He-A相における半整数渦対の可能性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高木丈夫
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、春日井市松本町、愛知県
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-08
• [学会発表] 境界面に垂直な磁場下における超流動ヘリウム3の横音響インピーダンス (2014)
  • 著者名/発表者名: 長登康、東谷誠二、永井克彦
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、春日井市松本町、愛知県
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-08
• [学会発表] バルク超流動3He-Bとエアロジェル中常流動3He界面における奇周波数クーパー対 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森岡悠，相原安裕，木村豊，加藤千秋，小原顕，矢野英雄，石川修六，畑徹
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、春日井市松本町、愛知県
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-08
• [学会発表] 超流動3He-B相の表面アンドレーエフ束縛状態に対する磁気効果Ⅱ (2014)
  • 著者名/発表者名: 秋山綱紀、和才将大、増野正高、村川智、野村竜司、奥田雄一
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、春日井市松本町、愛知県
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-08
• [学会発表] Odd-frequency pairing in p-wave superfluidity (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Higashitani
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会 領域6, 領域4, 領域8合同シンポジウ「[Odd-frequency pairing -current status-」
  • 発表場所: Chubu University, Matsumoto-cho, Kasugai, Aichi
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic field effects on surface Majorana fermions of superfluid 3He-B (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Nomura, M. Wasai, K. Akiyama, M. Mashino, T. Nakao, S. Murakawa, Y. Okuda
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-12 – 2014-08-12
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of Chiral Domain Walls at the Free Surface of Superfluid 3He-A (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ikegami, Y. Tsutsumi, K. Kono
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-07
• [学会発表] Odd-Frequency Cooper Pairing in Normal Liquid 3He at Aerogel Interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Morioka, K. Kondo, Y. Kimura, C. Kato, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa, T. Hata
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] Half-Quantum Vortex in Superfluid 3He-A Phase under a Magmetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura, T. Kunimatsu, K. Obara, H. Yano, T. Hata, T. Takagi, and O. Ishikawa
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] Density Measurement of Liquid/Vaper Helium by Fiber-Optic Probe Hydrophone (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ohmura, K. Obara, Y. Tiba, H. Yano, O. Ishikawa, T. Hata
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] Spontaneous time-reversal-symmetry breaking in spin-triplet superconductivity with equal-spin-pairing: Excess Knight shift in superconducting state of Sr_2RuO_4 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyake
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-08 – 2014-07-08
• [学会発表] Direct Detection of chirality in Superfluid 3He-A (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ikegami, Y. Tsutsumi, K. Kono
  • 学会等名: the international workshop "Higgs Modes in Condensed Matter and Quantum Gases
  • 発表場所: Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kitashirakawaoiwake-cho, Sakyo-ku, Kyoto
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-24
• [備考] トポロジカル量子現象（領域HP日本語）
  • URL: http://www.topological-qp.jp/
• [備考] Topological Quantum Phenomena（領域HP英語）
  • URL: http://www.topological-qp.jp/english/index.html