| 研究概要 |
固体中電子のトポロジカルな性質を理解するため, 超伝導を対象に研究を行った. トポロジカル超伝導においてはその端にマヨラナ状態と呼ばれる特異な状態が出現することが知られ, 近年実験においてその出現が確認されたことが注目を集めている. そこで重要になるのが強いスピン軌道相互作用および外部磁場であるが, 我々はそれらがない状況でトポロジカルな状態が実現すること, さらにそこではスピン相関を電気的に制御できることを示した. この研究成果はPhysical Review Letters誌で報告した.
2次元非従来型超伝導(p±ipペアリング)上の金属ナノワイヤを考慮し近接効果を用いて1次元超伝導状態を用意する. その有効理論から化学ポテンシャルを調節することでトポロジカル相が出現することを確認し, ワイヤ端に局在したマヨラナ状態が得られた. 系の時間反転対称性が保たれていることが本質的に重要であり, それによりクラマース縮退が保証される. 縮退した状態はスピン自由度を有しているとみなせるのでワイヤ端においてスピンを定義することができる(マヨラナイジングスピン). 系全体がメゾ系である状況を想定するとゲーティングによって系内の電子数を調節することが出来るが, 電子数の偶奇に応じてスピン状態と関係がつくことを見出した. これは電気的な制御によってスピン相関をコントロールできることを意味している. またスピンの時間発展を考慮することで両端のスピン状態を入れ替えるスワッピングに対応する操作を行えることも指摘した.
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