多自由度を有する超伝導におけるギャップレス相の研究

多自由度超导无间隙相研究

基本信息

批准号：
22K03478
负责人：
小林伸吾
金额：
$ 1.75万
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 Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03478/
关键词：
超伝導マヨラナ準粒子ギャップレス相トポロジー対称性

项目摘要

本研究プロジェクトは、超伝導の現代的分類理論を基礎とし、電子の多自由度に由来する量子現象が超伝導物性に及ぼす影響を調べることを目的としている。本年度は、（１）一般化したカイラル超伝導におけるスピン緩和率の解析、（２）超伝導化ディラック半金属における磁束中のギャップレス状態の分類に関する研究を行った。以下ではそれぞれの研究成果について述べる。（１）カイラル超伝導とは、クーパー対が非自明な軌道角運動量を持ち、自発的に時間反転対称性が破れた相である。代表例は超流動ヘリウム３のA相である。この相の低エネルギー有効模型はディラック方程式と類似し「ディラック超伝導」とも呼ばれている。近年、カイラル超伝導の概念は強いスピン軌道相互作用を持つ物質へ拡張さ、「ワイル超伝導」－超伝導ギャップのスピン縮退が破れたカイラル超伝導ーが現れることが示された。本研究では、強いスピン軌道相互作用を持つ物質において包括的なカイラル超伝導の分類を行い、第３の状態として「非ユニタリーディラック超伝導」が存在することを発見した。この相では、スピン毎に異なる励起状態を持つ。我々は各カイラル超伝導相のスピン緩和率を計算し、低温における温度のべき乗から各相が区別可能であることを示した。（２）超伝導化トポロジカル絶縁体に磁束を入れたとき、表面ディラックコーンに誘導されたマヨラナ準粒子が磁束の端に現れる。本研究では、本機構を超伝導化ディラック半金属へ拡張した。ディラック半金属の場合、磁束中にディラックコーンに誘導されたギャップレス状態が現れる。我々はディラック半金属が持つ対称性を利用し、磁束中のギャップレス状態の分類を行った。分類の結果、螺旋対称性の場合に、マヨラナ条件を満たすギャップレス状態が現れることを示した。本研究は、磁束を利用したマヨラナ準粒子の探索に新しい方向性を示すと考えている。

该研究项目以现代超导分类理论为基础，旨在研究电子多自由度衍生的量子现象对超导物理性质的影响。今年，我们进行了以下研究：（1）广义手性超导中的自旋弛豫率分析，以及（2）超导狄拉克半金属中磁通量的无间隙态分类。下面，我们将讨论每项研究结果。 (1)手性超导是库珀对具有非平凡轨道角动量并自发破缺时间反演对称性的相。一个典型的例子是超流氦 3 的 A 相。该相的低能有效模型类似于狄拉克方程，也称为“狄拉克超导”。近年来，手性超导的概念已扩展到具有强自旋轨道相互作用的材料，并且已经表明出现了“Weyl超导”——超导带隙的自旋简并性被打破的手性超导。在这项研究中，我们对具有强自旋轨道相互作用的材料中的手性超导进行了全面的分类，发现了“非酉狄拉克超导”作为第三态的存在。在此阶段，每个自旋都有不同的激发态。我们计算了每个手性超导相的自旋弛豫率，并表明每个相可以在低温下通过温度的功率来区分。 (2)当磁通量施加到超导拓扑绝缘体时，由表面狄拉克锥感应的马约拉纳准粒子出现在磁通量的边缘。在这项研究中，我们将这种机制扩展到超导狄拉克半金属。在狄拉克半金属的情况下，狄拉克锥体引起的无间隙状态出现在磁通量中。我们利用狄拉克半金属的对称性对磁通量中的无间隙态进行分类。分类结果表明，在螺旋对称的情况下，出现满足马约拉纳条件的无间隙状态。我们相信这项研究将为利用磁通量寻找马约拉纳准粒子指明新的方向。