▽論文【nature】◎固体物理学、トポロジー
題:3次元トポロジカル絶縁体ジョセフソン接合の有限運動量クーパー対形成
英題:Finite momentum Cooper pairing in three-dimensional topological insulator Josephson junctions
URL:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05993-w
著者👇
Angela Q. Chen,Moon Jip Park,Stephen T. Gill,
Yiran Xiao,Dalmau Reig-i-Plessis,Gregory J.MacDougall,Matthew J. Gilbert &Nadya Mason
⭐️論文紹介 👉 注今回は難しめです。。
皆さんこんばんは！たきおんです(°▽°)バイトも終わったんで勉強の時間です😤
これまでは、私の来年度より研究する分野とはまっったく関係の無い物理を紹介してきましたが、今回はしっかりと自分の専門となる分野の論文を読んでいきます👀👀
この論文は、🎓トポロジカル絶縁体という、物理を学んでいる方にとっては、とてもホットな物質についての内容になっています！トポロジカル絶縁体というのは、理論無しに説明すると、3次元のトポロジカル絶縁体は表面が導体となっていて電流が流れますが、その内部は絶縁体になっているという不思議な物でありますΣ(-᷅_-᷄๑)
理論的なことが知りたい方は、私も勉強中なのですが、トポロジカル絶縁体に関する入門書は最近何冊か出ていますので、詳しく学びたいという方はそちらを是非買ってみてください❗️量子力学や、固体物理学などの最低限度の知識は必要と覚悟してください(^◇^;)💦
追:下記に、私の参考としている本を紹介しています(● ˃̶͈̀ロ˂̶͈́)੭ꠥ⁾⁾
論文の内容を簡単に見ていきましょう💪
はい。えー、強いスピン-軌道結合と磁気の相互作用から生まれる、非従来型の超電導に関して、これは、磁気交換結合でクーパー対が有限の運動量を得る時に生じる。というΣ(-᷅_-᷄๑)
▶️従来型の超電導の理論はBCS理論で有名です！ググれば沢山の紹介ページがあると思いますヽ(*´∀｀)
続けます〜えー、、Bi2Se3という、この分野ではよく目にするトポロジカル絶縁体を使った研究がなされてますね😃非従来型の超伝導体の磁気と超電導の同時発生の可能性が、理論でも実験においてもとても興味深く取り組まれているようです！(英語直訳❤️)表面状態が質量のないディラックフェルミオンである時間反転の対象なトポロジカル絶縁体は非従来型の超伝導体の魅力的な候補となっているようですΣ(-᷅_-᷄๑)
フラウンホーファーパターンが何やら重要になっているようです。では、実験の内容、長いんで、簡単にみていきましょう🏩🏃♀️💨
🧠実験内容、結果
和訳、いってみましょーーー♪(๑ᴖ◡ᴖ๑)♪
Bi2Se3のデバイスを使った実験で、この研究者たちのグループの使っているものと同じような結晶が角度分解光電子分光法で測定されていて、この結晶はフェルミエネルギーがバルクギャップに近いことが示されています。この結晶の薄片が2つの超電導電極と接触して、ジョセフソン素子を形成する。図として、原子間力顕微鏡(めちゃすごい顕微鏡🤩)で観測した画像が示されていますね！以下、引用図です(´ω｀)👇
で、面外磁場B zが超伝導接合部に加わると、フラウンホーファーパターンを生成する。面内電界が存在しない場合、デバイスは、従来のフラウンホーファーパターンで期待されるように、最大臨界電流I cおよび減衰側ピークを有する中心ピークを示す。だそうです。。ここら辺、よく分かりません🤮
でで、、B yに沿った面内磁場がデバイスに導入されると、従来のフラウンホーファーパターンは異常フラウンホーファーパターンに変調されるようです。フラウンホーファーパターンはB z方向に沿ってシフトし、サイドローブの臨界電流は中心葉の臨界電流が消滅する。との事。
サイトの、図に示されている、特有のフラウンホーファーの発展があることが、有限運動量ペアリングの証拠である？？Σ(-᷅_-᷄๑)となっています。
なぜ証拠になるか？が、有限運動量ペアリングによるジョセフソン接合のモデリングという部分で論ぜられています。分かる方は、こちらを見てみて下さい👀
僕には、ちょっと分かりませんでした…😅😅勉強せんと(^◇^;)
実験の結果の部分では、フラウンホーファーパターンの全体的な構造および面内電界依存性はが、ZME、FME、および接合の幾何学的形状によって決定される。と議論されていて、しかし、サンプルの幅の非対称性を有限運動量ペアリングモデルに組み込み、磁束集束効果を考慮してデータに人工的な傾きを加えることで、理論的予測と実験は非常によく一致することがわかります。というところは、大事なところではないかなぁ？と思いますた(´ω｀)
🧠discussion;討論の部分
結論が書いてあります。我々は面内磁場にさらされる3D TI(→3次元トポロジカル絶縁体の)ジョセフソン接合における有限運動量ペアリングの存在を示す異常なフラウンホーファパターンを観察して、彼らは、有限運動量ペアリングの2つの微視的起源を、ZME(ゼーマン変調効果)およびFME(磁束変調効果)であると同定しています。異常なフラウンホーファーパターンの側枝の傾きを理論的な予測と比較することによって、測定された傾きはZME(ゼーマン変調効果)とFME(磁束変調効果)の共存によってのみ説明できると結論づけています。
natureのページのその下には、データの計算方法などが記載されています。本質ではないので私は読み飛ばしました(^◇^;)ハミルトニアンの計算、ベッセル関数、固有状態…んー、勉強せんとなぁ(´ω｀)
🧠おわりに🧠
難しい！うん、難しいです。。natureの論文なので、すごい成果なのは間違いないです❗️しかし、トポロジカル絶縁体に関しては勉強中で、理論的な部分があまりよくわからなかったです🤮🤮ブログにて、誤解している部分や、間違いは、これから勉強していく中でありましたら随時訂正していきます😅
この分野、やはり難しいですねぇ、けど、面白い分野なので勉強あるのみ勉強あるのみ👊👊
ちなみに、私の勉強している本は、安藤陽一先生の「トポロジカル絶縁体入門」です！こちらは、入門にはオススメの書なので興味のある方は是非購入してみて下さい！(°▽°)(°▽°)👇
