トポロジカル超伝導におけるマヨラナ準粒子の検出と制御に向けた微視的理論研究

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17755
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 大阪大学 (2019); 京都大学 (2017-2018); 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2016)
• 研究代表者: 川上 拓人 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00750895)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: トポロジカル超伝導 / マヨラナ準粒子励起 / トポロジカル半金属

研究成果の概要

近年実験が進展しているトポロジカル物質の超伝導とその表面のマヨラナ準粒子の性質を，Bogoliubov-de Gennes 理論やギャップ方程式などに対する数値解析と対称性や表現論に基づく考察を併用し，理論的に調べた。特に逆ペロブスカイト物質Sr3SnOの超伝導体が，大きな巻きつき数を持つ新しいトポロジカル超伝導となる可能性を指摘した。また，Fe(Se, Te)などの鉄系超伝導体において結晶対称性によって守られた, マヨラナカルテット, マヨラナ平坦バンド, メビウス表面状態などの多彩なマヨラナ準粒子が現れることを明らかにした。さらにトポロジカルノード線半金属の理論研究も実施した。

自由記述の分野

物性理論

研究成果の学術的意義や社会的意義

逆ペロブスカイト物質や鉄系超伝導などの現在実験が進行中の物質を舞台として，新しいトポロジカル超伝導の出現を指摘したことで，今後のさらなる実験的研究の動機付けとなることが期待される。さらに，本研究で得られた相図や用いた解析手法を応用することで，対象とした物質固有の性質だけでなく，多様なトポロジカル物質を効率よく解析することが可能になった。現在もマヨラナ準粒子を用いた量子コンピューターの実現にむけた研究が盛んに行われているが，本研究もそのさらなる促進に寄与すると期待される。