軌道自由度がある界面２次元電子系における磁性と超伝導の研究

轨道自由度界面二维电子系统的磁性和超导研究

• 批准号: 14J04333
• 负责人: 中村 康晴
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04333/
• 关键词: 超伝導; 空間反転対称性のない系; 遷移金属ダイカルコゲナイド; 奇パリティ超電導; 空間反転対称性の破れ; 表面/界面; 面内異方性; 新奇FFLO超伝導相; 巨大な上部臨界磁場; Non-symmorphicな系

近年、人工的に生成された界面2次元電子系が多くの注目を浴びており、本研究はこの界面2次元電子系でおこる超伝導についての理論解析を行った。特に電場により界面や表面の超伝導となる遷移金属ダイカルコゲナイドに注目し、磁場中における超伝導の熱力学的安定性について成果を挙げた。物質同士の界面や真空との表面などは上下を反転させた場合にもとに戻らない、いわゆる「空間反転対称性のない系」となっている。これらの系では空間反転対称性の破れに起因した特殊なスピン軌道相互作用が現れる。この特殊なスピン軌道相互作用は様々な物性に大きな影響を与えることが知られている。超伝導を例にとると、通常の引力で奇パリティ超伝導が安定となりうるなどである。本研究は２層遷移金属ダイカルコゲナイドでおこる超伝導について理論計算を行った。その結果、本物質の結晶構造に起因して、これらの系では従来示されていた結果よりも磁場中で奇パリティ超伝導が安定となりやすいことを示した。さらにより現実に近いパラメーターでの研究を行うことにより、この奇パリティ超伝導の観測可能性についても議論を行った。上記に加えて層間に他の原子をはさむインターカレーションを行った際に奇パリティ超伝導がどの程度安定化されるかについても議論し、論文を制作し雑誌に投稿した。本研究は現在多くの注目を集めている単層および２層の遷移金属ダイカルコゲナイドを対象とし、また2000 年になって急激に研究が進んでいる空間反転対称性の破れの効果を調べたものであり、これまで報告例の少ない奇パリティ超伝導が実現している可能性を示すものである。

近年来，人工生成的界面二维电子系统引起了广泛关注，本研究对这些界面二维电子系统中发生的超导性进行了理论分析。特别是，我们专注于过渡金属二硫属化物，其界面和表面在电场存在下变得超导，并在磁场中超导的热力学稳定性方面取得了成果。物质和真空表面之间的界面即使颠倒也不会恢复到原来的状态，这使得它们成为所谓的“没有空间反演对称性的系统”。在这些系统中，由于空间反演对称性的破缺，发生了特殊的自旋轨道相互作用。众所周知，这种特殊的自旋轨道相互作用对各种物理性质有很大影响。以超导为例，奇宇称超导在正常重力下可以变得稳定。在这项研究中，我们对双层过渡金属二硫属化物中发生的超导进行了理论计算。结果表明，由于这种材料的晶体结构，奇宇称超导性在这些系统的磁场中比之前显示的结果更有可能稳定。我们还讨论了通过使用更接近现实的参数进行研究来观察奇宇称超导性的可能性。除此之外，我们还讨论了在层间插入其他原子时奇宇称超导性的稳定程度，发表了一篇论文，并将其提交给期刊。这项研究主要针对目前备受关注的单层和双层过渡金属二硫属化物，并研究了自2000年以来迅速研究的空间反演对称性破缺的影响。这表明了可能性实现奇宇称超导，目前还鲜有报道。

项目成果

Spin-orbit coupling and superconductivity in MoS2

MoS2 中的自旋轨道耦合和超导

• 发表时间: 2015
• 作者: Yu Saito;Yasuharu Nakamura;Mohammad Saeed Baharamy;Yoshimitsu Kohama;Yuichi Kasahara;Yuji Nakagawa;Masaru Onga;Masashi Tokunaga;Tsutomu Nojima;Youichi Yanase;and Yoshihiro Iwasa;Yasuharu Nakamura and Youichi Yanase;Y. Nakamura and Y. Yanase;中村康晴, 柳瀬陽一;Y. Nakamura and Y. Yanase;中村康晴, 柳瀬陽一;中村康晴, 柳瀬陽一;Y. Nakamura and Y. Yanase
• 通讯作者: Y. Nakamura and Y. Yanase

Non-centrosymmetric superconductivity in non-symmorphic system MoS2

非对称体系MoS2中的非中心对称超导

• 发表时间: 2015
• 作者: Yu Saito;Yasuharu Nakamura;Mohammad Saeed Baharamy;Yoshimitsu Kohama;Yuichi Kasahara;Yuji Nakagawa;Masaru Onga;Masashi Tokunaga;Tsutomu Nojima;Youichi Yanase;and Yoshihiro Iwasa;Yasuharu Nakamura and Youichi Yanase;Y. Nakamura and Y. Yanase;中村康晴, 柳瀬陽一;Y. Nakamura and Y. Yanase
• 通讯作者: Y. Nakamura and Y. Yanase

“Multi-orbital FFLO superconductivity in SrTiO3 heterostructures”

“SrTiO3异质结构中的多轨道FFLO超导性”

• 发表时间: 2014
• 作者: Yu Saito;Yasuharu Nakamura;Mohammad Saeed Baharamy;Yoshimitsu Kohama;Yuichi Kasahara;Yuji Nakagawa;Masaru Onga;Masashi Tokunaga;Tsutomu Nojima;Youichi Yanase;and Yoshihiro Iwasa;Yasuharu Nakamura and Youichi Yanase;Y. Nakamura and Y. Yanase;中村康晴, 柳瀬陽一;Y. Nakamura and Y. Yanase;中村康晴, 柳瀬陽一;中村康晴, 柳瀬陽一;Y. Nakamura and Y. Yanase;中村康晴, 柳瀬陽一;中村康晴;Yasuharu Nakamura
• 通讯作者: Yasuharu Nakamura

Superconductivity protected by spin-valley locking in ion-gated MoS2

• DOI: 10.1038/nphys3580
• 发表时间: 2016-02-01
• 期刊: NATURE PHYSICS
• 影响因子: 19.6
• 作者: Saito, Yu;Nakamura, Yasuharu;Iwasa, Yoshihiro
• 通讯作者: Iwasa, Yoshihiro

“Multi-Orbital Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnkov State in SrTiO3 Heterostructure”

“SrTiO3 异质结构中的多轨道 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnkov 态”

• DOI: 10.7566/jpsj.84.024714
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Yu Saito;Yasuharu Nakamura;Mohammad Saeed Baharamy;Yoshimitsu Kohama;Yuichi Kasahara;Yuji Nakagawa;Masaru Onga;Masashi Tokunaga;Tsutomu Nojima;Youichi Yanase;and Yoshihiro Iwasa;Yasuharu Nakamura and Youichi Yanase
• 通讯作者: Yasuharu Nakamura and Youichi Yanase