Topological phenomena in unconventional superconductors

非常规超导体的拓扑现象

基本信息

批准号：
19K14612
负责人：
小林伸吾
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究プロジェクトでは、トポロジーの観点からクーパー対の対称性の検出法を提案することを目的としている。本年度は、（１）J=3/2超伝導におけるスピン帯磁率の解析、（２）昨年度に引き続きマヨラナ準粒子の磁気応答について研究を行った。以下ではそれぞれの研究成果について述べる。（１）J＝3/2スピンを持つ電子の超伝導状態を「J=3/2超伝導」と呼ぶ。ここで、J=3/2スピンはスピンと軌道自由度の合成によって構成される。J=3/2超伝導は強いスピン相互作用と多バンド自由度の効果の協奏により発現する新奇量子現象の研究舞台として注目を集めている。J=3/2超伝導のクーパー対の対称性は、偶パリティ超伝導に焦点を当てたとき、スピン１重項ペアとスピン５重項ペアが存在する。スピン５重項ペアはJ=3/2超伝導で現れる新しいペア状態であり、その物性はほとんどわかっていない。本研究では、スピン５重項ペアに着目し、スピン帯磁率の解析を行った。結果として、スピン５重項ペアでは、ペアの種類（立方対称性の下、ペア状態はA1g、Eg、T2gに分類される）に依存して特徴的なスピン帯磁率の振舞いを示すことを明らかにした。本研究は、J=3/2超伝導の基礎物性を理解する手がかりになると考えている。（２）トポロジカル超伝導中のマヨラナ準粒子は固有の磁気構造を有している。先行研究では、時間反転対称性を持つ超伝導に焦点を当て、マヨラナ準粒子の磁気構造を空間群により網羅的に分類した。本研究では、この理論を時間反転対称性が破れた超伝導へ適用し理論の拡張を行った。結果として、カイラル対称性が保たれる限り理論が拡張可能であることがわかった。また、時間反転対称性の破れに伴い、新しい磁気応答が生じることを明らかにした。強磁性超伝導：UCoGeの模型に適用し、マヨラナ磁気異方性と磁気秩序との間に密接な関係があることも示した。

本研究项目的目的是提出一种从拓扑角度检测库珀对对称性的方法。今年，我们进行了以下研究：（1）J=3/2超导中的自旋磁化率分析，以及（2）继去年之后继续研究马约拉纳准粒子的磁响应。下面，我们将讨论每项研究结果。 (1)自旋J=3/2的电子的超导状态称为“J=3/2超导”。这里，J=3/2自旋由自旋和轨道自由度组成。 J=3/2超导作为强自旋相互作用和多带自由度效应协同作用引起的新型量子现象的研究阶段而受到关注。关于J=3/2超导中库珀对的对称性，当我们关注偶宇称超导时，有自旋单重态对和自旋五重态对。自旋五重态对是J=3/2超导中出现的一种新的对态，其物理性质很大程度上未知。在这项研究中，我们关注自旋五重奏对并分析了它们的自旋磁化率。结果，我们发现自旋五重奏对表现出特征自旋敏感性行为，具体取决于对的类型（在立方对称下，对态分为 A1g、Eg 和 T2g）。我们相信这项研究将为理解J=3/2超导的基本物理性质提供线索。 (2)拓扑超导中的马约拉纳准粒子具有独特的磁结构。在前期的研究中，我们主要关注具有时间反演对称性的超导性，并按空间群对马约拉纳准粒子的磁结构进行了全面的分类。在这项研究中，我们通过将其应用于时间反转对称性破缺的超导来扩展该理论。结果，我们发现只要保持手性对称性，该理论就可以推广。我们还发现，随着时间反转对称性的破缺，会发生新的磁响应。铁磁超导：应用于 UCoGe 模型，我们还表明马约拉纳磁各向异性和磁序之间存在密切关系。