研究課題
カイラル超伝導と呼ばれる、時間反転対称性の破れた超伝導体において、超伝導ゆらぎが引き起こす輸送現象、とくにNernst効果について、実験系の研究室である京大理物・松田祐司研の研究者らとともに、理論および実験の双方からのアプローチで研究を行った。カイラル超伝導体と考えられている重い電子系超伝導体URu2Si2におけるNernst効果の実験により、超伝導ゆらぎに起因していると考えられる、巨大なNernst効果を観測した。この実験結果は、高温超伝導体、乱れた超伝導薄膜におけるNernst効果の実験をよく記述する、通常のAslamazov-Larkin型ゆらぎの理論では説明することができない。そこで、本研究員を中心とした理論研究では、「熱ゆらぎによって励起されるカイラルな凝縮体による、フェルミ準粒子の非対称な散乱」という新しい機構を提唱し、その機構によるNernst効果への寄与を系統的に調べ、清浄な試料で大きな寄与を与えるという振る舞いをすることが明らかにした。この振る舞いは、上述のAslamazov-Larkin型ゆらぎの理論による振る舞いと真逆の振る舞いであり、さらに、URu2Si2における実験結果と定性的に合致することが明らかにされた。この理論的研究の結果を元に、さらなる詳細な実験を行ったところ、定量的にも良く合うことが分かった。また、本研究によって発見されたURu2Si2における巨大なNernst効果を使うと、カルノー効率が約0.7(熱力学的上限は1)の、低温(約3K)における超効率な熱電変換デバイスが作成可能であることがわかった。
2: おおむね順調に進展している
当初計画されていたテーマである、カイラル超伝導ゆらぎに起因した熱電現象の理論的研究は、研究実績でも述べたように、概ね順調に進んでいるといえる。さらに、対象物質であるURu2Si2で、低温(約3K)における超効率な熱電変換デバイスが作成可能であることが明らかにされたことは、当初の予想を超えた成果であるといえる。
26年度のカイラル超電導体における成果をもとに、ある極限でカイラル超電導体と等価になるRashba型スピン軌道相互作用の強い超伝導体についても研究を進めていく。また、熱電応答を解析するときに用いた重力のフォーマリズムを用いて、熱電応答以外の応答、たとえば格子欠陥に対する応答、などについても研究を行って行く。
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Nature Physics
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Physical Review B
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http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141202_1.html
