[論文レビュー] On Induced Chern-Simons Term in P- and T-violating Superconductors

Jun Goryo, K. Ishikawa|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 1998

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、PおよびT対称性が破れる超伝導体が、ギンツブルグ＝ランダウ作用にカルタン＝シモンズ項を誘導することを示しており、これはトポロジカルに影響を受けるゲージ不変な電磁気的応答を生じる。係数はほぼ微細構造定数に等しく、外部磁場が存在しない状況でも検出可能な新しい「ホール効果」を可能にする。

ABSTRACT

We show in this letter that P- and T-odd terms of the electromagnetic potentials (P; parity, T; time reversal) are induced and lead an unusual phenomenon in P- and T-violating superconductors discovered recently. The Ginzburg-Landau action includes this term in the gauge invariant manner. The coefficient of the term is nearly topological invariant with a small correction and equals to the fine structure constant approximately. Unusual ``Hall effect'' {\it without external} magnetic field could be observed by SQUID.

研究の動機と目的

• 超伝導体の電磁気的応答に現れるPおよびT奇の項の出現を調査すること。
• これらの項がゲージ不変な方法でギンツブルグ＝ランダウ枠組み内でどのように生じるかを理解すること。
• 誘導されたカルタン＝シモンズ係数のトポロジカル性質とその大きさを特定すること。
• 特に外部磁場が存在しない状況でのホール効果の実現を含む物理的結果を探索すること。

提案手法

• 対称性解析を用いて、PおよびT対称性が破れる項を含む有効なギンツブルグ＝ランダウ作用を導出すること。
• 電磁気的ポテンシャルを用いて、作用におけるゲージ不変なカルタン＝シモンズ項の形を構築すること。
• カルタン＝シモンズ項の係数が、わずかな補正を除いてほぼトポロジカル不変量であることを示すこと。
• カルタン＝シモンズ項の係数が微細構造定数にほぼ等しいことを示すこと。
• 特に横方向の電流応答を分析することで、異常ホール効果の顕在を明らかにすること。
• SQUIDを用いた測定による誘導された横方向電圧の検出を、この効果の兆候として提案すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PおよびT対称性が破れる項は、超伝導体のギンツブルグ＝ランダウ作用にどのように現れるのか？
• RQ2 この文脈における誘導されたカルタン＝シモンズ項のゲージ不変な構造は何か？
• RQ3 カルタン＝シモンズ項の係数がなぜ微細構造定数にほぼ等しいのか？
• RQ4 この誘導項のおかげで、外部磁場が存在しない状況でもホール効果が生じるのか？
• RQ5 この効果はどのようにして実験的に検出可能か？

主な発見

• PおよびT対称性が破れる超伝導体におけるギンツブルグ＝ランダウ作用には、PおよびT奇の電磁気的ポテンシャルに起因するゲージ不変なカルタン＝シモンズ項が含まれる。
• カルタン＝シモンズ項の係数は、わずかな補正を除いてほぼトポロジカル不変量であり、微細構造定数にほぼ等しい。
• 誘導された項は横方向の電流応答を引き起こし、外部磁場が存在しない状況での異常ホール効果として顕在する。
• この異常ホール効果はSQUIDを用いた測定によって検出可能であると予測される。
• この効果は外部場ではなく、超伝導状態における内在的なPおよびT対称性の破れに起因する。