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2021 年度 実施状況報告書

トポロジカル超伝導・超流動におけるマヨラナ表面状態とボソン励起の結合に関する理論

研究課題

研究課題/領域番号 19K14662
研究機関東北大学

研究代表者

正木 祐輔  東北大学, 工学研究科, 助教 (90837840)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード多成分超流動 / 半整数渦 / 集団励起 / スピンネルンスト効果
研究実績の概要

1.多成分超流動の一つである3P2超流動の非軸対称渦とフェルミオン束縛状態の研究を行った.高磁場相において,半整数渦二つの束縛エネルギーを計算することで,整数渦の分裂の可能性を見出した.また非軸対称渦は,離散対称性による特徴付けが可能であり,具体的には磁気鏡映対称性と磁気π回転対称性が存在する.二つの半整数渦への分裂においては分裂方向によって,保たれる離散対称性が異なること,この分裂において保たれる離散対称性に応じて,分裂距離が変化することが明らかとなった.この成果の一部は既に論文として投稿済みである.
2.時間反転対称なトポロジカル超伝導の原因となるヘリカルクーパー対が,温度勾配と垂直方向に電子スピンの流れを誘起するスピンネルンスト効果の存在を超伝導動力学理論に基づいて明らかにした.具体的には不純物散乱を動力学理論で扱うことで,不純物バンドが形成され,スピンネルンスト効果が生じることを明らかにした.また,散乱体の種類が強い散乱体(ユニタリ極限)に近づくとゼロエネルギーでの不純物束縛状態が形成され,スピンネルンスト効果の符号変化が生じることが明らかとなった.この成果は既に論文として出版されている.
3.二つの電荷密度波の間に現れる超伝導状態の界面の光誘起ダイナミクスを調べた.界面を駆動することで,界面から,超伝導と電荷密度波からなる擬スピンの集団運動による波が放射される現象を数値的に明らかにした.これらが系の集団励起に対応することを,自己無撞着な線形感受率に含まれる励起情報の観点から明らかにした.この成果は現在論文として取りまとめているところである.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度は二度の所属変更と,半年間の大幅なエフォートの制限のために,計画通りに進めることが困難であった.
一方で,本課題とトポロジカルな観点から類似性の多い多成分超流動の渦について継続的に行っていた計算と,ヘリカル超伝導のスピン流の熱応答で大きな進展があった.この研究の手法は本課題とも密接に関係しているため専念することとなった.

今後の研究の推進方策

Keldysh 形式の非平衡準古典理論により,表面存在下での線形応答を構成し,ボソン励起の動的応答 (有限振動数の励起) の定式化を行う.具体的な問題設
定としてスラブ形状を用いてボソンの表面束縛状態を考える.

次年度使用額が生じた理由

コロナ感染再拡大により,学会がオンライン化され予定していた出張が白紙になってしまったこと,議論のための出張が行えなかったことによる.また異動に伴い,移管手続の関係で科研費を使えない期間が多かったことも要因である.最終年度である次年度に,予定している国内出張が2,3件あるため,これに使用する予定である.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Spin-Nernst Effect in Time-Reversal-Invariant Topological Superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Taiki、Ando Jiei、Masaki Yusuke、Mizushima Takeshi、Fujimoto Satoshi、Vekhter Ilya
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 128 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.128.097001

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 超伝導の平衡状態における力のつりあいに対する拡張準古典的アプローチ2022

    • 著者名/発表者名
      正木祐輔
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 非一様な電荷密度波系における光駆動された超伝導界面からの集団励起の放射2022

    • 著者名/発表者名
      松林幸宏, 正木祐輔, 松枝宏明
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 時間依存の横磁場下の準周期Isingモデルにおける準粒子ダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      大金幸平, 松枝宏明, 正木祐輔
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] 時間反転対称なトポロジカル超伝導におけるスピンNernst効果2022

    • 著者名/発表者名
      松下太樹, 安藤慈英, 正木祐輔, 水島健, 藤本聡, Ilya Vekhter
    • 学会等名
      令和3年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • [学会発表] 非ユニタリ超伝導体におけるスピンカロリトロニクス2022

    • 著者名/発表者名
      松下太樹, 正木祐輔, 水島健, 藤本聡, Ilya Vekhter
    • 学会等名
      令和3年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • [学会発表] 3P2超流動の半整数渦分子2021

    • 著者名/発表者名
      正木祐輔, 水島健, 新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会
  • [学会発表] Vortices in 3P2 Superfluid: Majorana fermion and non-Abelian half-quantum vortex2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Masaki, T. Mizushima, M. Nitta
    • 学会等名
      Vortex2021
  • [学会発表] Vortices and non-Abelian anyons in 3P2 nematic superfluids2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Masaki, T. Mizushima, M. Nitta
    • 学会等名
      QFS2021 International Online Conference

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公開日: 2022-12-28  

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