微小な超伝導体が示す異常な磁気応答に関する理論的研究

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本研究では、奇周波数クーパー対と呼ばれる新奇粒子の磁気応答をしらべる。超伝導現象は、2つの電子がクーパー対を形成し、位相を揃えて凝縮することによって引き起こされる。クーパー対への凝縮の結果、超伝導体は電気抵抗の消失、完全反磁性（マイスナー効果）といった特異な電磁気学的性質を示す。すなわち、超伝導体の物理的性質はクーパー対の性質によって決められる。これまでの多くの研究ではクーパー対を組む２電子は同一時刻の電子同士であるという仮定に基づいている。しかし、２電子の相対時間を考慮すると、クーパー対は「周波数」の自由度を持つため、偶周波数クーパー対か奇周波数クーパー対に分類される。現在までの超伝導に関するほとんどの研究が、偶周波数対称性のクーパー対にのみ注目しているのに対し、本研究では奇周波数クーパー対、特にその異常な電磁気学的性質に着目する。本研究で着目したのはカイラル超伝導体の自発エッジ電流という現象である。カイラル超伝導体とは、有限の角運動量を有するクーパー対によって引き起こされる超伝導体を指す。現在カイラル超伝導体の最有力候補はルテニウム酸化物超伝導体である。また、近年では重い電子系超電導体やグラフェンでのカイラル超伝導体が議論されている。クーパー対の角運動量は、超伝導体試料端に自発的に電流を要請するが、これまでに自発エッジ電流の観測例は報告されていない。これまで、エッジ電流の未観測は試料表面の乱れが主な原因だと考えられていた。そこで我々は試料表面の乱れが自発エッジ電流に与える影響について理論的に調べた。その結果、カイラルｐ波、ｄ波超電導体のエッジ電流は表面の乱れに強いが、カイラルｆ波超伝導体のそれは乱れに弱いことを明らかにした。加えて、この違いは超電導体表面に現れる奇周波数クーパー対の対称性の違いで理解できると結論した。