マルチバンド超伝導体に対する擬ポテンシャルを用いた次元縮約有効理論の構築と応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800197
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 永井 佑紀 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (20587026)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 物性理論

研究実績の概要

平成28年度においては、マルチバンド超伝導体に対する有効理論の構築が完了し、その手法の詳細を記した論文の執筆を行った。当初の予定どおり、次元縮約有効理論を用いることでマルチバンド超伝導体に対する準古典Eilenberger理論を完成させることができた。そして、様々なマルチバンド超伝導体にその理論を適用することにより、マルチバンド準古典Eilenberger理論の有効性を示すことができた。
研究期間全体を通じて実施した成果としては、当初の予定どおり、次元縮約有効理論がマルチバンド準古典Eilenberger理論を作る上であることを示し、マルチバンド超伝導体を簡便に理論的に扱う手法を確立したのが主要な成果である。また、マルチバンド準古典Eilenberger理論の構築を通じて、トポロジカル絶縁体に電子ドープをして超伝導となるトポロジカル超伝導体候補物質CuxBi2Se3の有効理論を構築することができた。その結果、母物質の質量ギャップの大小によって、準古典Eilenberger理論が適用可能な領域とそうでない領域が存在することを明らかにした。そして、その大小によって、超伝導の性質が大きく変わることがわかった。質量ギャップが大きい時は、p波超伝導体に、小さい時はs波超伝導体になり、不純物効果や核磁気緩和率などが大きく変化することを明らかにした。これは、この物質の電子状態がその強いスピン軌道相互作用によって相対論的Dirac方程式に従うためである。このような、通常の準古典EIlenberger理論では扱えないようなマルチバンド超伝導体を扱えるようになったことが、本研究の成果である。

研究成果

• [国際共同研究] サスカチュワン大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: サスカチュワン大学
• [雑誌論文] Thermodynamic evidence for nematic superconductivity in CuxBi2Se3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa, Kengo Tajiri, Suguru Nakata, Yuki Nagai, ZhiweiWang, Kouji Segawa, Yoichi Ando and Yoshiteru Maeno
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 13 ページ: 123-126
  • DOI: 10.1038/nphys3907
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduced-Shifted Conjugate-Gradient Method for a Green’s Function: Efficient Numerical Approach in a Nano-Structured Superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagai, Yasushi Shinohara, Yasunori Futamura, and Tetsuya Sakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 014708
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.014708
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-consistent study of Abelian and non-Abelian order in a two-dimensional topological superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: S. L. Goertzen, K. Tanaka, and Yuki Nagai
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 95 ページ: 064509
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.064509
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orbital angular momentum in a topological superconductor with Chern number higher than 1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsuo Shitade and Yuki Nagai
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 93 ページ: 174517-1,-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.174517
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multi-band Eilenberger Theory of Superconductivity: Systematic Low-Energy Projection (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagai and Hiroki Nakamura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 ページ: 074707-1,-18
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.074707
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Critical temperature enhancement of topological superconductors: A dynamical mean-field study (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagai, Shintaro Hoshino, and Yukihiro Ota
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 93 ページ: 220505(R)-1,-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.220505
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Manifestation of chirality in the vortex lattice in a two-dimensional topological superconductor (2016)
  • 著者名/発表者名: Evan D. B. Smith, K. Tanaka, and Yuki Nagai
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 94 ページ: 064515-1,-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.064515
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical Conductivity through a Single Atomic Step Measured with the Proximity- Induced Superconducting Pair Correlation (2016)
  • 著者名/発表者名: Howon Kim,1,* Shi-Zeng Lin,2 Matthias J. Graf,2,† Yoshinori Miyata,1 Yuki Nagai,3 Takeo Kato,1 and Yukio Hasegawa
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: 117 ページ: 116802-1,-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.116802
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear magnetic relaxation rates of unconventional superconductivity in doped topological insulators (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagai and Yukihiro Ota
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 94 ページ: 134516-1,-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.134516
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Anti-peak profile of the nuclear magnetic relaxation rate in a superconducting topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagai and Yukihiro Ota
  • 学会等名: Anti-peak profile of the nuclear magnetic relaxation rate in a superconducting topological insulator
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2017-03-12 – 2017-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] Shifted CG法を用いた超伝導自己無撞着平均場計算の実空間高速解法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永井佑紀, 篠原康, 二村保徳, 櫻井鉄也
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 単結晶CuxBi2Se3の比熱及び上部臨界磁場の異方性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田尻兼悟, 米澤進吾, Zhiwei Wang, 永井佑紀, 瀬川耕司, 前野悦輝, 安藤陽一
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] ドープされたトポロジカル絶縁体の超伝導状態での核磁気緩和率の理論的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永井佑紀, 太田幸宏
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 局所的な空間反転対称性の破れた多層超伝導体におけるペア密度波渦糸コアの電子構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東陽一, 永井佑紀, 吉田智大, 正木祐輔, 柳瀬陽一
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 弱結合近似による2次元トポロジカルs波超伝導の転移温度 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太田幸宏, 永井佑紀, 星野晋太郎
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16