時間反転対称性が破れたトポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナ準粒子の電磁気応答

时间反转对称性破缺拓扑超导体表面马约拉纳准粒子的电磁响应

• 批准号: 22KJ1565
• 负责人: 山崎 勇樹
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1565/
• 关键词: マヨラナ粒子; トポロジカル超伝導; トポロジカル不変量; 対称性; 時間反転対称性; 結晶対称性; 超伝導対称性

本研究の目的は，時間反転対称性がないトポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナ粒子の電磁気応答を解明することである。時間反転対称性がある場合の理論は先行研究によって既に得られている。その一方でトポロジカル超伝導体候補物質の多くは時間反転対称性がない。そのため，いち早くマヨラナ粒子の検出や応用を実現するためには，時間反転対称性をもたないマヨラナ粒子に対して，その電磁気応答を明らかにすることが必須である。本研究では，トポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナ粒子が示す電磁気応答を，超伝導体がもつ結晶対称性・超伝導対称性の観点から明らかにする。具体的には，超伝導体がもつ1次元トポロジカル不変量を結晶対称性を用いて定義し，これが有限になるための超伝導対称性に対する条件を導く。この結果を表面のマヨラナ粒子に対する有効理論と組み合わせることで，マヨラナ粒子の電磁気応答の一般理論を完成させる。本年度では，マヨラナ粒子が現れるための一般的な（任意の結晶対称性・超伝導対称性に適用可能な）条件を，磁気カイラル対称性を用いて定義できる磁気巻き付き数（1次元トポロジカル不変量）を用いることで導くことができた。また，このとき現れるマヨラナ粒子の磁気応答，すなわち，磁場に対してマヨラナ粒子がもつエネルギーの大きさが磁場の印加方向に対して非対称になることを明らかにした。さらに時間反転対称性がないトポロジカル超伝導体の例として強磁性超伝導体UCoGeを考え，一般論の適用例を示した。本研究結果は任意の時間反転対称性がない超伝導体に適用できるため，マヨラナ粒子をもつトポロジカル超伝導体探索の有用な指針となる。

这项研究的目的是阐明主要颗粒颗粒在拓扑超导体表面上的电磁反应，而无需时间内交配。时间反演对称性的理论已经从先前的研究中获得。另一方面，许多拓扑超导体候选材料都没有时间转向对称性。因此，为了快速实现Majorana颗粒的检测和应用，必须阐明没有时间内传感对称性的Majoraana颗粒的电磁反应。在这项研究中，我们将从超导体的晶体对称性和超导体对称性的角度阐明梅奥拉纳颗粒在拓扑超导体表面上表现出的电磁反应。具体而言，使用晶体对称性定义了超导体的一维拓扑不变，并得出了超导对称性的条件，以使其成为有限。将此结果与表面主要颗粒的有效理论相结合，我们完成了主要颗粒电磁反应的一般理论。在今年，可以使用磁性手感对称性来定义的磁绕组数（适用于任何晶体对称性和超导对称性）的总体条件（适用于任何晶体对称性和超导对称性）。还揭示了目前出现的主要颗粒颗粒的磁反应，即Majoraana颗粒相对于磁场所具有的能量的幅度，就磁场的应用方向而言，磁场变得不对称。此外，铁磁超导体UCOGE被认为是没有时间传播对称性的拓扑超导体的一个例子，并且已经提出了一般理论的应用示例。这项研究的结果可以应用于没有任意时间转移对称性的超导体，并且是搜索带有Majoraana颗粒的拓扑超导体的有用指南。