トポロジカル超伝導体の量子応答

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00131
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 佐藤 昌利 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (30313117)
• 研究分担者: 田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40212039) ; 柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: トポロジカル超伝導

研究実績の概要

トポロジカル超伝導体特有のマヨラナフェルミオンの電磁応答の一般論を構築した。また、南部・ケルディッシュGreen関数の計算を整理することで、これまでなされていなかった空間反転対称性の破れた超伝導体接合における異常近接効果の研究を可能とし、その結果、スピン1重項s波のペアポテンシャルがp波超伝導体のペアポテンシャルよりも小さい限りは、異常近接効果が存在することを示した。更に、超伝導ダイオード効果を調べ、トポロジカル絶縁体上の接合においてその効果が顕著になることを示した。また、p波超伝導体表面に存在する奇周波数電子対の存在により磁束芯の準粒子状態がゼロエネルギーでギャップ構造を持つものが現れうることを示した。Sr2RuO4で新たに提案された軌道間1重項ペアが実現される多軌道超伝導体の表面状態の計算を行い、(001)面では明確なゼロエネルギー状態があることを示さした。CaAgPはノーダルライン半金属の候補物質であり、その表面にはドラムヘッド型の分散を持つ表面状態の形成が期待されており、またCaAgPにPdをドープすることにより超伝導が発現することが知られている。このPdドープCaAgPの磁気抵抗効果を2バンドモデルを用いて解析し、Pdが電子ドープになっており、ドープにより表面エレクトロンキャリアが増加することを明らかにした。また量子振動やBKT転移の解析により超伝導が表面キャリアに起因しており、得られたキャリア量と臨界温度TcがUemuraプロットにおける非従来型超伝導の領域にあることを明らかにした。この表面超伝導に対してトンネル分光を行ったところ、ドーム型のトンネルギャップ構造が観測され、表面超伝導がカイラルｐ波などのトポロジカル超伝導性を有する時間反転対称性の破れた超伝導体の新たな候補物質であることを示した。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] University of Twente(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: University of Twente
• [国際共同研究] Autonomous University of Madrid(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Autonomous University of Madrid
• [国際共同研究] Tianjin University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Tianjin University
• [国際共同研究] University of Salerno(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: University of Salerno
• [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Non-Hermitian Topological Phenomena: A Review (2023)
  • 著者名/発表者名: Okuma Nobuyuki、Sato Masatoshi
  • 雑誌名: Annual Review of Condensed Matter Physics 巻: 14 ページ: 83～107
  • DOI: 10.1146/annurev-conmatphys-040521-033133
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin-projected charge conductance in SNN junctions with noncentrosymmetric superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Kokkeler T. H.、Tanaka Y.、Golubov A. A.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 5 ページ: L012022
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.L012022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Odd-frequency pairs and anomalous proximity effect in nematic and chiral states of superconducting topological insulators (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizushima Takeshi、Tamura Shun、Yada Keiji、Tanaka Yukio
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 064504
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.064504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of polarized spin-triplet Cooper pairings by magnetic barriers in superconducting junctions (2023)
  • 著者名/発表者名: Tamura Shun、Tanaka Yukio、Yokoyama Takehito
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 054501
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.054501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Andreev Bound States and Doppler Shift in La1.85Sr0.15CuO4/Au Junctions (2023)
  • 著者名/発表者名: Hironori Teshima, Kang Donguhn, Takashi Sakamori, Rikizo Yano, Yuya Hiramatsu, Shun Tamura, Keiji Yada, Yukio Tanaka, Takao Sasagawa, Satoshi Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Band Model and Point Contact Spectroscopy of Nodal-Line Semimetal CaAg0.9Pd0.1P (2023)
  • 著者名/発表者名: Naoki Matsubara, Shota Nagasaka, Rikizo Yano, Kazushige Saigusa, Yusaku Shinoda, Yoshihiko Okamoto, Koshi Takenaka, and Satoshi Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Magnetic Field Induced by Broken Time-Reversal Symmetry Superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro TESHIGAWARA, Yasunori MAWATARI, Hirotake YAMAMORI, Rikizo YANO, and Satoshi KASHIWAYA
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport Properties of Magnetically doped Topological Insulator Fe-BiSbTe2Se (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Tanda, Rikizo Yano, Hishiro T. Hirose, Takao Sasagawa, and Satoshi Kashiwaya
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correspondence of topological classification between quantum graph extra dimension and topological matter (2022)
  • 著者名/発表者名: Inoue Tomonori、Sakamoto Makoto、Sato Masatoshi、Ueba Inori
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 106 ページ: 085006
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.106.085006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generalized Thouless pumps in (1+1)-dimensional interacting fermionic systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohyama Shuhei、Shiozaki Ken、Sato Masatoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 165115
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.165115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identifying Majorana bound states at quantum spin Hall edges using a metallic probe (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu Bo、Cheng Guanxin、Burset Pablo、Tanaka Yukio
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 245427
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.245427
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of giant diode effect in d-wave superconductor junctions on the surface of a topological insulator (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yukio、Lu Bo、Nagaosa Naoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 214524
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.214524
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Surface state of the interorbital pairing state in the Sr2RuO4 superconductor (2022)
  • 著者名/発表者名: Ando Satoshi、Ikegaya Satoshi、Tamura Shun、Tanaka Yukio、Yada Keiji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 214520
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.214520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Andreev-like Reflection in the Pfaffian Fractional Quantum Hall Effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Ryoi、Nakai Ryota、Yokoyama Takehito、Tanaka Yukio、Nomura Kentaro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 123703
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.123703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex supercurrent inversion by frequency-symmetry conversion of Cooper pairs (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Soma、Suzuki Shu-Ichiro、Tanaka Yukio
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: 043122
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.043122
• [雑誌論文] Anomalous Josephson coupling and high-harmonics in non-centrosymmetric superconductors with S-wave spin-triplet pairing (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukaya Yuri、Tanaka Yukio、Gentile Paola、Yada Keiji、Cuoco Mario
  • 雑誌名: npj Quantum Materials 巻: 7 ページ: 99
  • DOI: 10.1038/s41535-022-00509-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of proximity effect in s+p-wave superconductor junctions (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yukio、Kokkeler Tim、Golubov Alexander
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 214512
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.214512
  • 査読あり
• [雑誌論文] Odd-frequency pairing in a nonunitary p-wave superconductor with multiple Majorana fermions (2022)
  • 著者名/発表者名: Takagi Daijiro、Mercaldo Maria Teresa、Tanaka Yukio、Cuoco Mario
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 224506
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.224506
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Flat-band Majorana bound states in topological Josephson junctions (2022)
  • 著者名/発表者名: Oshima Daisuke、Ikegaya Satoshi、Schnyder Andreas P.、Tanaka Yukio
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: L022051
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.L022051
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A phenomenological theory of superconductor diodes (2022)
  • 著者名/発表者名: He James Jun、Tanaka Yukio、Nagaosa Naoto
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 24 ページ: 053014～053014
  • DOI: 10.1088/1367-2630/ac6766
  • 査読あり
• [雑誌論文] トポロジカル超伝導と奇周波数クーパー対の理論 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村駿 池谷聡 田仲由喜夫
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 57 ページ: 307-319
• [学会発表] Majorana fermions and pairing symmetries in topological superconductors (online) (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: Frontiers of Condensed Matter Physics, FCMP Columbia 2023 Spring online lectures by leading CMP-AMO researchers, March 20 (2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トポロジカル超伝導 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昌利
  • 学会等名: 物性研短期研究会「固体におけるエニオンと分数粒子研究の最前線」東京大学物性研究所 2023年2月13日
  • 招待講演
• [学会発表] Bulk-boundary correspondence in point-gap topological phases (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: International Workshop “Condensed Matter Solitons (Virtual)” organized by the PCS IBS in Daejeon, South Korea, June 29 (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Majorana fermions and pairing symmetries in topological superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: 13th International Conference on Materials and Mechanism of Superconductivity & High-temperature Superconductors, Vancouver Conference Center, Canada, July 18 (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Majorana fermions and pairing symmetries in topological superconductors” (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics, Sapporo, Japan, August 18, (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Majorana fermions and pairing symmetries in topological superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: IBS-APCTP Conference on Advances in the Physics of Topological and Correlated Matter, Daejeon, South Korea, September 19 (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Extrinsic topology of Floquet anomalous boundary states in quantum walks (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: The 2022 Pan-Pacific Workshop on Topology and Correlations in Exotic Materials conference, Gump Station, Moorea, Tahiti, Oct. 26 (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dissipation induced topological superconductivity (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: JSPS-EPSRC-CNR/SPIN-IBS Core-To-Core Workshop OSS 2022, Unconventional transport in superconducting & magnetic systems with spin-orbit coupling. Vietri sul Mare, Italy,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological Phases in Open Systems (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会, Hakodate, Sep. 28 (2022)
  • 招待講演
• [学会発表] Topological Aspects of non-Hermitian skin effects (online) (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 学会等名: InQubator for Quantum Simulation at the University of Washington, Dec. 07 (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トポロジカル超伝導体入門(オンライン) (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昌利
  • 学会等名: 物性若手夏の学校 2022年8月3日から8月5日
  • 招待講演
• [学会発表] 新しいトポロジカル相：開放系トポロジカル相 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昌利
  • 学会等名: 第426回物性談話会, 名古屋大学大学院工学研究科 2022年10月7日
  • 招待講演
• [学会発表] Theory of giant diode effect of d-wave superconductor junction on the surface of topological insulator (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka
  • 学会等名: Novel Quantum States in Condensed Matter 2022, (October 31 - December 2), Yukawa Institute, Kyoto University November 17 (2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] d波超伝導体接合におけるダイオード効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田仲由喜夫
  • 学会等名: 埼玉大学理工学研究科 セミナー 2022年9月9日
  • 招待講演
• [学会発表] 超伝導接合における近接効果の理論ー奇周波数電子対の物理ー (2022)
  • 著者名/発表者名: 田仲由喜夫
  • 学会等名: 京都大学大学院理学研究科 談話会 2022年10月20日
  • 招待講演
• [学会発表] 非従来型超伝導体接合における近接効果の理論 ー奇周波数電子対の物理ー (2022)
  • 著者名/発表者名: 田仲由喜夫
  • 学会等名: 大阪大学大学院理学研究科 談話会 2022年11月11日
  • 招待講演
• [学会発表] Andreev Bound States and Doppler Shift in La1.85Sr0.15CuO4/Au Junction (2022)
  • 著者名/発表者名: Hironori Teshima, Kang Donguhn, Takashi Sakamori, Rikizo Yano, Yuya Hiramatsu, Shun Tamura, Keiji Yada, Yukio Tanaka, Takao Sasagawa, Satoshi Kashiwaya
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics, August 18-24 (2022) Sappro, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Two-Band Model and Point Contact Spectroscopy of Nodal-Line Semimetal CaAg0.9Pd0.1P (2022)
  • 著者名/発表者名: Naoki Matsubara, Shota Nagasaka, Rikizo Yano, Kazushige Saigusa, Yusaku Shinoda, Yoshihiko Okamoto, Koshi Takenaka, and Satoshi Kashiwaya
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics, August 18-24 (2022) Sappro, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Magnetic Field Induced by Broken Time-Reversal Symmetry Superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro TESHIGAWARA, Yasunori MAWATARI, Hirotake YAMAMORI, Rikizo YANO, and Satoshi KASHIWAYA
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics, August 18-24 (2022) Sappro, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Transport Properties of Magnetically doped Topological Insulator Fe-BiSbTe2Se (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Tanda, Rikizo Yano, Hishiro T. Hirose, Takao Sasagawa, and Satoshi Kashiwaya
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics, August 18-24 (2022) Sappro, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetically Doped Topological Insulator with High Bulk insulation and its Superconducting Proximity Effects (2022)
  • 著者名/発表者名: Rikizo Yano, Andrei Kudriashov, Denis V. Vyalikh, Hishiro. T. Hirose, Kohei. Tsumura, Max Mende, Yukio Tanaka, Takao Sasagawa, Vasily Stolyarov
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics, August 18-24 (2022) Sappro, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Point contact tunneling spectroscopy of nodal line semimetal Pd-doped CaAgP (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Kashiwaya
  • 学会等名: Workshop OSS2022, 14-17 November 2022 Vietri sul Mare, Italy
  • 国際学会 / 招待講演