2012 Fiscal Year Annual Research Report
Theory of topological condensed matter system
| Project Area | Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries |
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22103005
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田仲 由喜夫 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40212039)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 正仁 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70271070)
佐藤 昌利 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30313117)
水島 健 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (50379707)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | トポロジカル量子現象 / エッジ流 / マヨラナフェルミオン / 超流体 / アンドレーエフ束縛状態 / 冷却気体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
田仲、佐藤らは超伝導トポロジカル絶縁体CuxBi2Se3にの超伝導物性を系統的に研究した。アンドレーエフ束縛状態の分散関係を明らかにして、表面マヨラナ型準粒子励起であることを示した。常伝導金属とのトンネルコンダクタンスを計算して、安藤らのトンネル効の実験に現れる零電圧ピークの起源が分散関係の持つ特殊性に起因することを解明した。またクーパー対の対称性の違いによる比熱、帯磁率に与える影響を解明し、トポロジカル超伝導状態のｄベクトルについての解析も行った。一方このトポロジカル超伝導体と従来型超伝導体の間のジョセフソン電流の計算を行い、表面に存在するマヨラナフェルミオンのために電流・位相差依存性が極めて異常なものになることを明らかにした。マヨラナフェルミオンに関連した基礎研究では、ナノワイヤー、カイラルｐ波超伝導体を調べることでマヨラナフェルミオンが存在するときには必ず奇周波数ペアが存在することを明確にした。（田仲、水島）。上田らは複数のトポロジカル励起（量子渦やスカーミオンなど）が共存した系におけるトポロジカル不変量の遷移を解明した。この研究以前は、トポロジカル不変量を変えてしまうような物理現象が古くから知られていたにもかかわらず、トポロジカル不変量の保存則が存在するか否かがこれまで解明されていなかった。これに対し上田らは、「量子渦糸の捻じれ」と「トポロジカル不変量の遷移」の関係性を見出し、保存則が成立することを明らかにした。水島、佐藤は磁場中の超流動3He-Bのトポロジカル超流動性を明らかにした。低磁場側では離散対称性により守られたトポロジカル相が安定化する一方で、高磁場側では非トポロジカル相へ量子相転移することがわかった。この量子相転移はトポロジカル相転移と対称性の自発的破れが密接に関連した新しいトポロジカル量子臨界現象である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究は概ね順調である。実験グループとの連携の１つがC班との連携である。安藤、瀬川（C班）らが実験研究を進める超伝導トポロジカル絶縁体に関しては、トンネル効果、バルクの性質、ジョセフソン効果といった研究で主要な成果をあげることができた。D班内で連携することで田仲、水島は磁束系におけるマヨラナフェルミオンの存在を明瞭にすることができた。また佐藤、水島らはトポロジカル不変量の遷移を明確にすることに成功した。田仲はA班の浅野と連携することで、超伝導体上のナノワイヤーの研究を行った。その結果、マヨラナフェルミオンが形成されている時には、奇周波数クーパー対が存在することが明瞭となった。また田仲はC班永長（連携）と協力して、Rashba超伝導体におけるヘリカルエッジ状態の性質を解明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
トポロジカル周期表がRyu Schnyderにより提案されている。ハミルトニアンが10のグループに分類され、それぞれ時間反転対称性、電子ホール対称性、カイラル対称性で整理がされている。我々が行ってきた(行っている）研究をこの周期表の観点からから広く整理検討して、さらに周期表に単純におさまらないトポロジカル量子現象の持つ性質を明らかにしたい。またこの分類にさらにミラー対称性を考慮する動きが始まっている。ミラー対称性を考慮に入れるとミラーチャーン数など新しいトポロジカル数が現れる。トポロジカル結晶絶縁体、あるいは超伝導トポロジカル結晶絶縁体の性質を解明したい。領域内の研究としては、実験家との連携を強めたい。アンドレーエフ束縛状態の解析では、A班の柏谷氏の実験とのより直接的比較を行っていく。また公募の実験グループ、理論グループとの連携を強めたい。
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