Microscopic mechanism of multiple superconducting phases and Weyl phenomena in the heavy fermion system UTe2

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当該年度は、スピン3重項重い電子系超伝導体UTe2における最近のdHvA効果実験によるフェルミ面観測の結果に基づいて、トポロジカル結晶超伝導状態の実現可能性に関する研究を行なった。dHvA効果の測定によると、この系が筒状の擬２次元的なフェルミ面を持つことが示唆されており、これは３次元超伝導体としてはトポロジカルに自明になることを意味している。しかし、このようなフェルミ面であっても、結晶対称性によって保護されたトポロジカル不変量が存在し、それに由来する表面マヨラナ状態が出現する可能性がある。本研究では、この点を明らかにするため、まず、UTe2の結晶対称性で守られたトポロジカル不変量の構築を行い、この系の有効モデルを用いて、トポロジカル不変量の計算と対応する表面状態の計算を、点群で許されるすべてのクーパー対対称性に対して、網羅的に行った。その結果、すべてのクーパー対対称性に対して、非自明なトポロジカル不変量が存在し、それらに由来する表面マヨラナ状態が出現することが明らかになった。特にこの系の結晶構造が持つ、鏡映対称性と２回回転対称性が重要な役割をしており、それによって保護されたトポロジカル超伝導状態であることが明らかになった。本成果を論文にまとめ、Physical Review B誌に公表した（2023年4月時点で掲載決定）。さらにまた、この系では磁場中において非ユニタリーなクーパー対状態に由来するワイル超伝導が実現している可能性も議論されている。我々はワイル超伝導状態を特徴づける異常熱ホール効果について、この系に対するモデル計算を用いた研究を行い、クーパー対対称性の違いによって、異常熱ホール効果に特徴的な違いが生ずることが分かった。この成果についてはJournal of the Physical Society of Japan誌に公表した。