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

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。

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。