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鉛などの重い元素において、スピン軌道相互作用はフォノンの振動数や電子格子結合定数に大きな影響を与える。実際、鉛の場合には転移温度が数十%も増強される。今年度は、超伝導密度汎関数理論をドープされたトポロジカル絶縁体やトポロジカル結晶絶縁体に適用すべく、スピン軌道相互作用の影響を取り込んだ方法論の開発に取り組んだ。さらに、トポロジカル超伝導の可能性を第一原理的に調べるため、奇パリティの超伝導の不安定性を偶パリティの超伝導の不安定性と独立に調べる方法論を開発した。
この方法を活用して、Inをドープしたトポロジカル結晶絶縁体SnTeやCuをドープしたトポロジカル絶縁体Bi2Se3の超伝導を第一原理的に調べた。これらの物質については、実験的にトポロジカル超伝導の可能性が指摘されており、また過去の第一原理計算においても電子格子相互作用の波数依存性によって奇パリティの超伝導を誘起する可能性があることが提案されている。本研究の解析によれば、ドープされたSnTeの場合にはトポロジカルに自明な偶パリティの超伝導が優勢で、実験の転移温度がほぼ正確に再現されるのに対し、ドープされたBi2Se3においてはフォノンを媒介とする従来型の超伝導では実験で観測されている超伝導転移温度は再現されず、非従来型の非自明な超伝導ギャップが実現している可能性が明らかになった。
このほか、前年度より開発を進めてきた、k-meshについて収束の早い電子格子相互作用の見積もり法について論文をまとめ、これを用いたBiS2系超伝導の解析結果も論文として公表した。BiS2超伝導の発現機構は理論的、実験的に様々な提案なされているが、本研究の結果は、非従来型の超伝導である可能性を強く示唆するものである。
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