Surface states around a vortex in topological superconductors; Intersection of a surface and a vortex

トポロジカル超伝導体における磁束周りの表面束縛状態

永井 佑紀   ; 中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Nagai, Yuki; Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

銅酸化物高温超伝導体や鉄系高温超伝導体に代表される非従来型超伝導体は、様々な産業への応用が期待され世界中で盛んに研究されている。特に、従来とは異なった熱応答や電磁応答を示すトポロジカル超伝導体と呼ばれる物質群が注目を集めている。そこで本論文発表では、トポロジカル絶縁体BiSeに銅を導入して作成される超伝導体の表面への磁場の影響を調べた。なお、上記課題の解決にあたり、第一原理計算によって構築されたトポロジカル超伝導体を記述するモデルを用い、超並列版チェビシェフ多項式展開ソルバを用いる事によって、超伝導磁束と表面の両方が存在する三次元系の実空間シミュレーションを行い、表面電子状態が超伝導磁束によって抑制される一方磁束中電子状態は表面の影響を受けないことを明らかにした。これらの結果は、超伝導体界面の正確なシミュレーションによる良い物性を持つデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

We numerically show that zero-energy Majorana surface states are suppressed around a vortex in three-dimensional topological superconductors such as CuBiSe and SnInTe. On the other hand, zero-energy Majorana bound states along the vortex line are robust against a cut on the surface. The suppression of the surface-bound states is similar to that with a magnetic impurity on the surface of a topological insulator. The suppression of the surface-bound states around a vortex can be observed as an unconventional energy dependence of imaging by scanning tunneling microscopy/spectroscopy.