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本研究は、カーボンナノチューブ超伝導体ハイブリッド構造において、マヨラナ粒子がナノチューブの端付近に現れることを理論的に明らかにすることを目的とした。ナノチューブにおけるスピン軌道相互作用の影響により、ヘリカル状態と呼ばれる状態が実現するエネルギー領域が存在するものと考えられている。一方、カーボンナノチューブが超伝導体に近接することにより、超伝導相関がナノチューブ内の電子状態にも誘起される。ヘリカル状態と超伝導相関が共存することにより、マヨラナ粒子が端付近に現れると考えられていた。ナノチューブにおけるスピン状態を明らかにすることは、マヨラナ粒子の出現を理論的に研究する上でも、大変重要な課題なのである。
ナノチューブ表面の曲率がスピン軌道相互作用を誘起することは先行研究により明らかとなっていた。従来の理論とは異なる観点から理論的に再考することにより、ナノチューブの結晶構造とスピン軌道相互作用に関する理解を深めることができた。これは、ナノチューブに限らず、物質におけるスピン軌道相互作用の出現機構に関する理解にも繋がることが期待される。さらには、ナノチューブ内における電子のスピンとナノチューブの機械運動との相互作用により角運動量の変換に関するミクロスコピック理論を展開することができた。これにより電子スピンによるナノチューブハイブリッド素子の可能性を示した。これも、ナノチューブに限らず、物質と電子スピンとの相互作用と角運動量変換に関する機構に関しての現象論を超えたミクロスコピックな理論構築へと繋がることが期待される。
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