現代的多極子理論による高次多極子・ネマティック相とエキゾチック超伝導の研究

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 量子液晶の物性科学
• 研究課題/領域番号: 20H05159
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 超伝導ダイオード効果 / スピン三重項超伝導 / アナポール超伝導 / 超伝導量子幾何学

研究実績の概要

2020年に実験グループと共同で発表した超伝導ダイオード効果の内因的メカニズムを解明し、内因的超伝導ダイオード効果と名付けた。超伝導ダイオード効果とは、臨界電流の非相反性により、ある方向に電流を流した場合には電気抵抗ゼロであり逆方向に流した場合には電気抵抗が有限となる現象である。内因的超伝導ダイオード効果では、クーパー対の重心運動量と密接に関係したメカニズムによりダイオード効果が起こる。本研究課題では、ギンツブルグランダウ理論とBCS理論を併用して、ラシュバ超伝導体における内因的超伝導ダイオード効果の磁場温度相図を決定した。その結果、クーパー対の重心運動量が急激に増加するクロスオーバー現象に伴って、超伝導ダイオード効果が符号反転を起こすことを示した。この結果により、空間反転対称性が欠如した結晶に特有のエキゾチック超伝導相であるヘリカル超伝導相を実験的に検出する方法が見出された。
また、スピン三重項超伝導体として注目を集めている重い電子系超伝導体UTe2に関する理論研究を行った。この物質の第一原理計算を参考にして24バンド3次元周期アンダーソン模型を構築し、ランダム位相近似により超伝導不安定性を調べた。その結果により、強磁性－反強磁性クロスオーバーが圧力下で起こること、またそれに伴って超伝導相のパリティ転移が起こることを提案した。これらの結果に基づいて、圧力下の多重超伝導相図を解析した。
さらに、超伝導体のパリティ転移に伴い、偶パリティ超伝導と奇パリティ超伝導が共存する超伝導状態が安定になることを提案し、その共存相の性質を解明した。特にポーラーな対称性を持つアナポール超伝導を発見し、そこではボゴリウボフ準粒子のスペクトルが非対称になり、クーパー対が有限の重心運動量を獲得することを示した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] カルフォルニア州立大学バークレー校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カルフォルニア州立大学バークレー校
• [国際共同研究] フランス原子力庁(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: フランス原子力庁
• [国際共同研究] Far Eastern Federal University(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Far Eastern Federal University
• [国際共同研究] スイス連邦工科大学/チューリッヒ大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学/チューリッヒ大学
• [雑誌論文] Nonlinear optical responses in noncentrosymmetric superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Hiroto、Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 024513/1-20
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.024513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity and Local Inversion-Symmetry Breaking (2023)
  • 著者名/発表者名: Fischer Mark H.、Sigrist Manfred、Agterberg Daniel F.、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Annual Review of Condensed Matter Physics 巻: 14 ページ: 153～172
  • DOI: 10.1146/annurev-conmatphys-040521-042511
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intrinsic Superconducting Diode Effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Daido Akito、Ikeda Yuhei、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128 ページ: 037001/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.037001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anapole superconductivity from PT-symmetric mixed-parity interband pairing (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanasugi Shota、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 5 ページ: 39/1-10
  • DOI: 10.1038/s42005-022-00804-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Superconducting piezoelectric effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Chazono Michiya、Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 024509/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.024509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonreciprocal optical response in parity-breaking superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Hikaru、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 024308/1-27
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.024308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonreciprocal Meissner response in parity-mixed superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Hikaru、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: L100504/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L100504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological d-wave superconductivity in two dimensions (2022)
  • 著者名/発表者名: Yanase Youichi、Daido Akito、Takasan Kazuaki、Yoshida Tsuneya
  • 雑誌名: Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 巻: 140 ページ: 115143/1-22
  • DOI: 10.1016/j.physe.2022.115143
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductivity in monolayer FeSe enhanced by quantum geometry (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Taisei、Yamashita Tatsuya、Ishizuka Jun、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: 023232/1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.023232
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Supercurrent-induced topological phase transitions (2022)
  • 著者名/発表者名: Takasan Kazuaki、Sumita Shuntaro、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 014508/1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.014508
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers (2022)
  • 著者名/発表者名: Narita Hideki、Ishizuka Jun、Kawarazaki Ryo、Kan Daisuke、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 17 ページ: 823～828
  • DOI: 10.1038/s41565-022-01159-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Observation of the de Haas van Alphen Effect and Fermi Surfaces in the Unconventional Superconductor UTe₂ (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Ishizuka Jun、Yanase Youichi、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Knebel Georg、Flouquet Jacques、Haga Yoshinori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 083704/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.083704
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Even-odd parity transition in strongly correlated locally noncentrosymmetric superconductors: Application to CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Nogaki Kosuke、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: L100504/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.L100504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum geometric effect on Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superconductivity (2022)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Taisei、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 184507/1-19
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.184507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting diode effect and nonreciprocal transition lines (2022)
  • 著者名/発表者名: Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 205206/1-19
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.205206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization-controlled tunable directional spin-driven photocurrents in a magnetic metamaterial with threefold rotational symmetry (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Masakazu、Kobayashi Takatsugu、Watanabe Hikaru、Yanase Youichi、Iwata Satoshi、Kato Takeshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 6708/1-8
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34374-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct measurement of the evolution of magnetism and superconductivity toward the quantum critical point (2022)
  • 著者名/発表者名: Higemoto Wataru、Yokoyama Makoto、Ito Takashi U.、Suzuki Taiga、Raymond St?phane、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: e2209549119/1-6
  • DOI: 10.1073/pnas.2209549119
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Miyasaka Yuta、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 15 ページ: 113001/1-5
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac99b9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unconventional superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki D、Brison J-P、Flouquet J、Ishida K、Knebel G、Tokunaga Y、Yanase Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 34 ページ: 243002/1-41
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ac5863
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermodynamic electric quadrupole moments of nematic phases from first-principles calculations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Taisei、Ishizuka Jun、Daido Akito、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 245114/1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.245114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological crystalline superconductivity in locally noncentrosymmetric CeRh2As2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Nogaki Kosuke、Daido Akito、Ishizuka Jun、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 ページ: L032071/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.L032071
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic Properties under Pressure in Novel Spin-Triplet Superconductor UTe2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Dexin、Nakamura Ai、Honda Fuminori、Sato Yoshiki J.、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Ishizuka Jun、Yanase Youichi、Knebel Georg、Flouquet Jacques、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 ページ: 073703/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.073703
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photocurrent response in parity-time symmetric current-ordered states (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: 024416/1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.024416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of nonreciprocal superconducting critical field (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyasaka Yuta、Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Ando Fuyuki、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 14 ページ: 073003/1-3
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac03c0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological gapless points in superconductors: From the viewpoint of symmetry (2021)
  • 著者名/発表者名: Sumita Shuntaro、Yanase Youichi
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2022 ページ: ptab124/1-19
  • DOI: 10.1093/ptep/ptab124
  • 査読あり
• [学会発表] 局所反転対称性のない結晶構造の超伝導 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳瀬陽一
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry and topology in heavy fermion superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: Young investigators online workshop on unconventional superconductivity in heavy fermions
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity transition, parity violation, and topological superconductivity in UTe2 and CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: International conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity transition and topological superconductivity in a locally noncentrosymmetric superconductor CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: International conference on Low Temperature (LT29)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity violation and topological superconductivity in heavy fermions (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: The 15th Asia Pacific Physics Conference (APPC15)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nonreciprocal responses in superconductors: finite-q pairing, parity mixing, and quantum geometry (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: Novel Quantum States in Condensed Matter (NQS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nonreciprocal electric responses in superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: The 35th International Symposium on Superconductivity (ISS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nontrivial topology, symmetry breaking, and nonreciprocal responses in superconducting UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: GIMRT, REIMEI and IRN joint international workshop "Superconductivity, Structural Complexity and Topology of UTe2 and Aperiodic Crystals"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Locally noncentrosymmetric superconductivity in CeRh2As2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: The international conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Insulator-metal transition, topological superconductivity, and parity violation in UTe2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: MRS Spring 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Parity transition, parity violation, and topological superconductivity in heavy fermion superconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: Youichi Yanase
  • 学会等名: Correlated Electrons Virtual International Seminars 2021 (CEVIS 2021)
  • 国際学会 / 招待講演