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2015 年度 実績報告書

カイラル超伝導体におけるトポロジカル不変量

研究課題

研究課題/領域番号 25800183
研究機関北海道大学

研究代表者

延兼 啓純  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60550663)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードカイラル超伝導 / トポロジカル量子輸送現象 / チャーン不変量 / 量子アノマリー
研究実績の概要

本研究の成果は、カイラル超伝導体におけるチャーン(トポロジカル)不変量よって特徴付けられた量子アノマリー現象の観測に成功したことである。カイラルp波超伝導体が有力視されているSr2RuO4ナノスケール単結晶薄膜に電子ビームリソグラフィーにより電極を取り付け、電子輸送測定を行った。その結果以下の(1)~(3)を明らかにした。(1)超伝導転移温度以下のゼロ磁場において量子ホール抵抗(Rxy=h/4e2~h/2e2)を観測した。我々はこの量子ホール抵抗が現れる起源として、(2+1)次元の場の量子論や超流動ヘリウム3薄膜の理論研究において予言されているトポロジカルなチャーン・サイモン項の誘起により量子ホール効果(パリティアノマリー)が起きていることを考察した。また、Rxxは2次元超伝導-絶縁体転移の量子臨界面抵抗(h/4e2)に近い値となった。(2)薄膜試料では約3K付近から超伝導転移が起きていることを明らかにした。これはバルク試料で報告されているTc=1.5Kの2倍である。(3)Tc=3K以下において興味深い自発電圧を観測した。この電圧の発生は試料の膜厚と関係があり、薄くすると自発電圧が増加することがわかった。複数試料において伝導面に垂直に磁場を印加したところ自発電圧のスイッチング現象を観測した。電場Eと磁場Bのカップリング(E・B)を考えることにより、自発電圧の起源を説明した。我々はこれらの実験結果が、(3+1)次元のチャーン・ポントリャーギン(トポロジカルθ)項に由来する2次元表面量子ホール効果と層間方向を考慮した3次元的な電気分極効果であることを提案した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Topological electromagnetic response in the chiral superconductor Sr2RuO42015

    • 著者名/発表者名
      H. Nobukane, T. Matsuyama, and S. Tanda
    • 雑誌名

      Physica B

      巻: 460 ページ: 168-170

    • DOI

      doi:10.1016/j.physb.2014.11.062

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] STM spectroscopy on deuterated κ-(ET-d[3,3])2Cu[N(CN)2]Br2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oka, H. Nobukane, N. Matsunaga, K. Nomura, K. Katono, K. Ichimura, A. Kawamoto
    • 雑誌名

      Physica B

      巻: 460 ページ: 93-95

    • DOI

      doi:10.1016/j.physb.2014.11.047

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunneling Spectroscopy in Organic Superconductor κ-(ET-d[3,3])2Cu[N(CN)2]Br2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oka, H. Nobukane, N. Matsunaga, K. Nomura, K. Katono, K. Ichimura, A. Kawamoto
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 84 ページ: 064713(1)-(6)

    • DOI

      doi/10.7566/JPSJ.84.064713

    • 査読あり
  • [学会発表] κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Brにおける異方的超伝導ギャップ:STM分光2016

    • 著者名/発表者名
      生松倫太郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県、仙台市)
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] Sr2RuO4の量子アノマリー現象2015

    • 著者名/発表者名
      延兼 啓純
    • 学会等名
      トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア 第1回領域研究会
    • 発表場所
      京都大学(京都府、京都市)
    • 年月日
      2015-12-11
  • [学会発表] κ-(ET)2Xナノ単結晶薄膜における電子輸送測定2015

    • 著者名/発表者名
      山崎隆俊
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府、吹田市)
    • 年月日
      2015-09-17
  • [学会発表] Chern structure in Sr2RuO4 thin films2015

    • 著者名/発表者名
      H. Nobukane
    • 学会等名
      The 11th Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity 2015 (M2S2015)
    • 発表場所
      Geneva(Switzerland)
    • 年月日
      2015-08-27
    • 国際学会
  • [備考] 北海道大学理学研究院物理学部門低次元電子物性研究室ホームページ内

    • URL

      http://exp-ap.eng.hokudai.ac.jp/~nobukane/wiki/index.php

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公開日: 2017-01-06  

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