微視的理論に基づいた超伝導電流に働くローレンツ力の効果の検証

基于微观理论验证洛伦兹力作用于超导电流的效应

基本信息

批准号：
18J13241
负责人：
河野航
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、超伝導電流に働くローレンツ力の効果を微視的な観点から明らかにすることを目的としている。しかしながら、超伝導電流には、（１）磁気的なローレンツ力の他、（２）超伝導オーダーパラメータの勾配に由来する力（PPG力）、（３）状態密度のエネルギー依存性に由来する力（SDOS圧力）が働くことが理論的に示されている。これらの力は、磁場中の熱平衡超伝導電流に対して働くことで、渦糸帯電効果をもたらす。我々は、特にローレンツ力の寄与に着目して研究を行い、ローレンツ力の寄与が支配的であると期待されていた上部臨界磁場近傍に着目して研究を行ってきた。しかし近年、寄与が小さいと考えていたPPG力による寄与が、渦糸帯電効果に対して高磁場領域でも効くことが明らかになった。一方で、1971年にMorrisとBrownによって測定された熱平衡超伝導電流におけるホール電圧は、ローレンツ力のみを含んだ微視的理論によって再現することができ、PPG力やSDOS圧力はこの量に寄与しないことが分かっている。我々は、微視的理論を用いて、熱平衡ホール係数にPPG力やSDOS圧力が効かない原因を考察した。s波超伝導体における熱平衡ホール係数を解析的に導出したところ、（１）PPG力によるホール係数がローレンツ力と等しくなるということ、（２）SDOS圧力によるホール係数が臨界温度にかけて発散することが理論的に明らかになった。我々の計算はいくつかの先行研究の結果を再現しており、計算結果としては信頼できると言えるが、依然としてMorrisとBrownによる実験事実と矛盾している。この両者の矛盾については、長きにわたって議論されているものの、微視的には明らかになっていない。我々は現在、Bogoliubov-de-Genne方程式により数値的にホール電圧を解析することによって、理論・実験間の矛盾を解消しようと試みている。

本研究的目的是从微观角度阐明洛伦兹力对超导电流的影响。然而，除了磁洛伦兹力之外，超导电流还具有（1）源自超导序参数梯度的力（PPG力），以及（3）源自态密度的能量依赖性的力。（SDOS 压力）理论上已被证明有效。这些力作用于磁场中的热平衡超导电流，导致涡流充电效应。我们进行的研究特别关注洛伦兹力的贡献，重点关注上临界磁场附近，预计洛伦兹力的贡献将占主导地位。然而，近年来，人们已经清楚，即使在高磁场区域，PPG力的贡献也可以有效地抵抗涡流充电效应，而PPG力的贡献被认为很小。另一方面，莫里斯和布朗在1971年测量的热平衡超导电流中的霍尔电压可以通过仅包括洛伦兹力的微观理论来再现，而PPG力和SDOS压力对这个量I没有贡献。知道这一点。我们用微观理论来考虑PPG力和SDOS压力不影响热平衡霍尔系数的原因。当我们分析推导s波超导体中的热平衡霍尔系数时，我们发现（1）PPG力引起的霍尔系数等于洛伦兹力，（2）SDOS压力引起的霍尔系数发散理论上已经很清楚了。虽然我们的计算再现了之前的一些研究结果，可以说是可靠的，但仍然与莫里斯和布朗的实验事实不一致。两者之间的矛盾虽然争论已久，但微观上却没有得到澄清。我们目前正在尝试通过使用 Bogoliubov-de-Genne 方程对霍尔电压进行数值分析来解决理论与实验之间的矛盾。