奇パリティ多極子物質科学の創生に向けた理論研究：分類学・電磁応答・超伝導

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01178
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 奇パリティ多極子秩序 / 多極子超伝導 / トポロジカル超伝導 / 非相反応答

研究実績の概要

これまでに行った奇パリティ多極子に関する理論研究の成果のさらなる展開を目指し、エキゾチック超伝導相に関する研究を行った。
局所的な空間反転対称性がない結晶における超伝導において、超伝導相のパリティが偶から奇に相転移するパリティ転移が起こることを研究代表者の柳瀬は2012年に予言した。その予想に沿う多重超伝導相がCeRh2As2において実験的に発見されたことを受けて、この物質の超伝導相を解明する理論研究を行った。まず、奇パリティ超伝導相が非共型対称性に保護されたトポロジカル結晶超伝導相であることを示した。次に、反強磁性量子臨界揺らぎの効果を取り入れた多体超伝導理論により、温度磁場相図の計算を行った。その結果がCeRh2As2の実験結果と定量的にも一致したことから、この物質でパリティ転移が起こっていることが裏付けられた。
また、超伝導体における非線形光学応答の研究を行った。空間反転対称性が破れた超伝導状態における光電流や二次高調波発生などの二次非線形光学応答を定式化し、そのミクロな分類を行った。その結果、超伝導体に特有の非線形応答が存在し、それが伝導度微分項と非相反超流動密度項として数学的に表現できることを示した。また、時間反転対称性が保たれた系において超伝導非線形応答が起こるミクロな条件を検証し、そこではスピン三重項クーパー対が存在する必要があることを示した。この結果により、非線形光学応答によってスピン三重項クーパー対を検出することが可能であることがわかり、将来的な展望が拓かれた。
このほか、超伝導体の圧電効果、超伝導体における量子幾何学などの理論研究を行い、同時に実験グループとの共同研究を多数実施した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] カルフォルニア州立大学バークレー校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カルフォルニア州立大学バークレー校
• [国際共同研究] フランス原子力庁(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: フランス原子力庁
• [国際共同研究] Far Eastern Federal University(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Far Eastern Federal University
• [国際共同研究] スイス連邦工科大学/チューリッヒ大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学/チューリッヒ大学
• [雑誌論文] Nonlinear optical responses in noncentrosymmetric superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Hiroto、Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 024513/1-20
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.024513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity and Local Inversion-Symmetry Breaking (2023)
  • 著者名/発表者名: Fischer Mark H.、Sigrist Manfred、Agterberg Daniel F.、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Annual Review of Condensed Matter Physics 巻: 14 ページ: 153～172
  • DOI: 10.1146/annurev-conmatphys-040521-042511
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intrinsic Superconducting Diode Effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Daido Akito、Ikeda Yuhei、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128 ページ: 037001/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.037001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anapole superconductivity from PT-symmetric mixed-parity interband pairing (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanasugi Shota、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 5 ページ: 39/1-10
  • DOI: 10.1038/s42005-022-00804-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Superconducting piezoelectric effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Chazono Michiya、Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 024509/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.024509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonreciprocal optical response in parity-breaking superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Hikaru、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 024308/1-27
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.024308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonreciprocal Meissner response in parity-mixed superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Hikaru、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: L100504/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L100504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological d-wave superconductivity in two dimensions (2022)
  • 著者名/発表者名: Yanase Youichi、Daido Akito、Takasan Kazuaki、Yoshida Tsuneya
  • 雑誌名: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 巻: 140 ページ: 115143/1-22
  • DOI: 10.1016/j.physe.2022.115143
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductivity in monolayer FeSe enhanced by quantum geometry (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Taisei、Yamashita Tatsuya、Ishizuka Jun、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: 023232/1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.023232
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Supercurrent-induced topological phase transitions (2022)
  • 著者名/発表者名: Takasan Kazuaki、Sumita Shuntaro、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 014508/1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.014508
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers (2022)
  • 著者名/発表者名: Narita Hideki、Ishizuka Jun、Kawarazaki Ryo、Kan Daisuke、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 17 ページ: 823～828
  • DOI: 10.1038/s41565-022-01159-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Observation of the de Haas van Alphen Effect and Fermi Surfaces in the Unconventional Superconductor UTe₂ (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Ishizuka Jun、Yanase Youichi、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Knebel Georg、Flouquet Jacques、Haga Yoshinori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 083704/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.083704
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Even-odd parity transition in strongly correlated locally noncentrosymmetric superconductors: Application to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>CeRh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>As</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> (2022)
  • 著者名/発表者名: Nogaki Kosuke、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: L100504/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.L100504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum geometric effect on Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superconductivity (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Taisei、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 184507/1-19
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.184507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting diode effect and nonreciprocal transition lines (2022)
  • 著者名/発表者名: Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 205206/1-19
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.205206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization-controlled tunable directional spin-driven photocurrents in a magnetic metamaterial with threefold rotational symmetry (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Masakazu、Kobayashi Takatsugu、Watanabe Hikaru、Yanase Youichi、Iwata Satoshi、Kato Takeshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 6708/1-8
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34374-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct measurement of the evolution of magnetism and superconductivity toward the quantum critical point (2022)
  • 著者名/発表者名: Higemoto Wataru、Yokoyama Makoto、Ito Takashi U.、Suzuki Taiga、Raymond St?phane、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: e2209549119/1-6
  • DOI: 10.1073/pnas.2209549119
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Miyasaka Yuta、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 15 ページ: 113001/1-5
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac99b9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unconventional superconductivity in UTe₂ (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki D、Brison J-P、Flouquet J、Ishida K、Knebel G、Tokunaga Y、Yanase Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 34 ページ: 243002/1-41
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ac5863
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermodynamic electric quadrupole moments of nematic phases from first-principles calculations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Taisei、Ishizuka Jun、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 245114/1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.245114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological crystalline superconductivity in locally noncentrosymmetric <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>CeRh</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>As</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> (2021)
  • 著者名/発表者名: Nogaki Kosuke、Daido Akito、Ishizuka Jun、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 ページ: L032071/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.L032071
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic Properties under Pressure in Novel Spin-Triplet Superconductor UTe₂ (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Dexin、Nakamura Ai、Honda Fuminori、Sato Yoshiki J.、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Ishizuka Jun、Yanase Youichi、Knebel Georg、Flouquet Jacques、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 ページ: 073703/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.073703
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photocurrent response in parity-time symmetric current-ordered states (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: 024416/1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.024416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of nonreciprocal superconducting critical field (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyasaka Yuta、Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Ando Fuyuki、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 14 ページ: 073003/1-3
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac03c0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological gapless points in superconductors: From the viewpoint of symmetry (2021)
  • 著者名/発表者名: Sumita Shuntaro、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2022 ページ: ptab124/1-19
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab124
  • 査読あり
• [学会発表] 局所反転対称性のない結晶構造の超伝導 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳瀬陽一
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry and topology in heavy fermion superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: Young investigators online workshop on unconventional superconductivity in heavy fermions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity transition, parity violation, and topological superconductivity in UTe2 and CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: International conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity transition and topological superconductivity in a locally noncentrosymmetric superconductor CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: International conference on Low Temperature (LT29)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity violation and topological superconductivity in heavy fermions (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: The 15th Asia Pacific Physics Conference (APPC15)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nonreciprocal responses in superconductors: finite-q pairing, parity mixing, and quantum geometry (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: Novel Quantum States in Condensed Matter (NQS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nonreciprocal electric responses in superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: The 35th International Symposium on Superconductivity (ISS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nontrivial topology, symmetry breaking, and nonreciprocal responses in superconducting UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: GIMRT, REIMEI and IRN joint international workshop "Superconductivity, Structural Complexity and Topology of UTe2 and Aperiodic Crystals"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Locally noncentrosymmetric superconductivity in CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: The international conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Insulator-metal transition, topological superconductivity, and parity violation in UTe2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: MRS Spring 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity transition, parity violation, and topological superconductivity in heavy fermion superconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: Correlated Electrons Virtual International Seminars 2021 (CEVIS 2021)
  • 国際学会 / 招待講演