Theory of low-energy behaviors in topological s-wave pairing superconductors

トポロジカル超伝導における低エネルギー有効理論の構築

太田 幸宏; 永井 佑紀   ; 町田 昌彦  

Ota, Yukihiro; Nagai, Yuki; Machida, Masahiko

トポロジカル超伝導体は、新規量子エンジニアリングへの応用可能性から、着目されている超伝導材料である。その超伝導特性の解明は、超伝導分野における一大テーマとなっている。本講演では、先に我々が実施した非磁性不純物に関する数値解析の結果に触発され、トポロジカル超伝導体の候補とされるCuBiSeに対する低エネルギー有効理論の構築に関する成果を発表する。先の数値解析では、本物質についてはp波的超伝導挙動とs波的超伝導挙動が混在する可能性が示唆されていた。これは従来の超伝導理論では捉えきらない結果であり、その理解は急務である。そこで、ユニタリー基底変換による高次補正を取り入れた摂動論的アプローチを開発し、p波的挙動が主要となる低エネルギー領域に適用した。その結果、有効ギャップ関数においてp波成分とs波成分の混合を陽に導出することに成功した。得られた成果は、今後の当該物質の応用を提案する基礎理論として重要になると期待される。

Topological superconductors are notable materials, owing to the mathematical interest as topological matter and the application potential of quantum engineering. To clarify their characters relying on gap-function types, we build up a low-energy effective theory, focusing on a model of superconductor CuBiSe. The non-magnetic impurity effects in our previous numerical study indicates that the system has both p-wave and s-wave aspects. A perturbation study is insightful for explaining this peculiar behavior. Since the normal electrons are dominated by the Dirac-type dispersion relation, we assign a low-energy case as a large-Dirac-mass one. When the system has an odd-parity fully-gapped pair potential, our approach indicates that the effective gap function in the low-energy domain has not only a chiral p-wave-like component, but also an s-wave-like one. This peculiar mixture of p-wave and s-wave leads to intriguing responses in the present model.