Organization
Institute for Advanced Research Designated assistant professor
Graduate School of Engineering Designated assistant professor
Graduate School of Engineering Designated assistant professor
Title
Designated assistant professor
IKEGAYA Satoshi
Degree 1
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博士（工学） （ 2018.3 北海道大学 ）
Research Interests 5
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物性理論
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超伝導
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メゾスコピック物理
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超伝導接合系
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トポロジカル超伝導
Research History 3
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名古屋大学高等研究院 特任助教
2023.4
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名古屋大学大学院工学研究科 応用物理学専攻 日本学術振興会特別研究員（PD）
2021.4 - 2023.3
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Max Planck Institute for Solid State Research Department of Quantum Many-Body Theory Researcher
2018.4 - 2021.3
Professional Memberships 1
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日本物理学会
2014.6
Awards 1
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第５回高温超伝導フォーラム若手研究奨励賞
2022.3 高温超伝導フォーラム
Papers 20
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Tunable Josephson Diode Effect on the Surface of Topological Insulators Reviewed International coauthorship
Bo Lu, Satoshi Ikegaya, Pablo Burset, Yukio Tanaka, Naoto Nagaosa
Physical Review Letters Vol. 131 ( 9 ) page： 096001 2023.8
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Anomalous Fano factor as a signature of Bogoliubov Fermi surfaces Reviewed International coauthorship
Sayan Banerjee, Satoshi Ikegaya, and Andreas P. Schnyder
PHYSICAL REVIEW RESEARCH Vol. 4 ( L042049 ) 2022.12
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Surface state of the interorbital pairing state in the Sr2RuO4 superconductor Reviewed
Satoshi Ando, Satoshi Ikegaya, Shun Tamura, Yukio Tanaka, and Keiji Yada
PHYSICAL REVIEW B Vol. 106 ( 214520 ) 2022.12
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Destruction of surface states of (dzx + idyz)-wave superconductor by surface roughness: Application to Sr2RuO4 Reviewed International coauthorship
Shu-Ichiro Suzuki, Satoshi Ikegaya, and Alexander A. Golubov
PHYSICAL REVIEW RESEARCH Vol. 4 ( L042020 ) 2022.11
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Flat-band Majorana bound states in topological Josephson junctions Reviewed International coauthorship
Daisuke Oshima, Satoshi Ikegaya, Andreas P. Schnyder, and Yukio Tanaka
PHYSICAL REVIEW RESEARCH Vol. 4 ( L022051 ) 2022.5
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Proposal for identifying possible even-parity superconducting states in Sr2RuO4 using planar tunneling spectroscopy Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Shu-Ichiro Suzuki, Yukio Tanaka, and Dirk Manske
PHYSICAL REVIEW RESEARCH Vol. 3 ( L032062 ) 2021.9
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Strong anomalous proximity effect from spin-singlet superconductors Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Jaechul Lee, Andreas P. Schnyder, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 104 ( L020502 ) 2021.7
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Tunable Majorana corner modes in noncentrosymmetric superconductors: Tunneling spectroscopy and edge imperfections Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Wenbin Rui, Dirk Manske, and Andreas P. Schnyder
PHYSICAL REVIEW RESEARCH Vol. 3 ( 023007 ) 2021.4
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Odd-parity pairing correlations in a d-wave superconductor Reviewed
Jaechul Lee, Satoshi Ikegaya, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 103 ( 104509 ) 2021.3
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Anomalous proximity effect of planar topological Josephson junctions Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Shun Tamura, Dirk Manske, and Yukio Tanaka
PHYSICAL REVIEW B Vol. 102 ( 140505(R) ) 2020.10
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Identification of spin-triplet superconductivity through a helical-chiral phase transition in Sr2RuO4 thin films S. Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Keiji Yada, Yukio Tanaka, Satoshi Kashiwaya, Yasuhiro Asano, and Dirk Manske
PHYSICAL REVIEW B Vol. 101 ( 220501(R) ) 2020.6
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Nodal Andreev spectra in multi-Majorana three-terminal Josephson junctions Reviewed International coauthorship
Keimei Sakurai, Maria Teresa Mercaldo, Shingo Kobayashi, Ai Yamakage, Satoshi Ikegaya, Tetsuro Habe, Panagiotis Kotetes, Mario Cuoco, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 101 ( 174506 ) 2020.5
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Josephson effect in two-band superconductors Reviewed International coauthorship
Akihiro Sasaki, Satoshi Ikegaya, Tetsuro Habe, Alexander A. Golubov, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 101 ( 184501 ) 2020.5
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Anomalous Nonlocal Conductance as a Fingerprint of Chiral Majorana Edge States Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Yasuhiro Asano, and Dirk Manske
PHYSICAL REVIEW LETTERS Vol. 101 ( 207002 ) 2019.11
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Symmetry conditions of a nodal superconductor for generating robust flat-band Andreev bound states at its dirty surface Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Shingo Kobayashi, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 97 ( 174501 ) 2018.5
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Tunable-phi Josephson junction with a quantum anomalous Hall insulator Keimei Reviewed International coauthorship
Keimei Sakurai, Satoshi Ikegaya, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 96 ( 224514 ) 2017.12
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Stability of flat zero-energy states at the dirty surface of a nodal superconductor Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 95 ( 214503 ) 2017.6
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Quantization of conductance minimum and index theorem Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya, Shu-Ichiro Suzuki, Yukio Tanaka, and Yasuhiro Asano
PHYSICAL REVIEW B Vol. 94 ( 054512 ) 2016.8
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Degeneracy of Majorana bound states and fractional Josephson effect in a dirty SNS junction Reviewed International coauthorship
Satoshi Ikegaya and Yasuhiro Asano
Journal of Physics: Condensed Matter Vol. 28 ( 375702 ) 2016.7
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Anomalous proximity effect and theoretical design for its realization Reviewed International coauthorship International journal
Satoshi Ikegaya, Yasuhiro Asano, and Yukio Tanaka
PHYSICAL REVIEW B Vol. 91 ( 174511 ) 2015.5
MISC 1
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トポロジカル超伝導と奇周波数クーパー対の理論 Reviewed
田村駿, 池谷聡, 田仲由喜夫
固体物理（アグネ技術センター） Vol. 57 ( 5 ) page： 307 - 309 2022.5
Other research activities 1
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令和４年度・令和5年度 文部科学省 卓越研究員制度 卓越研究員候補者
2022.4-2024.3
KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) 2
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Grant number：22KJ1507 2023.3 - 2024.3
科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
池谷 聡, 池谷 聡
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\3640000 （ Direct Cost: \2800000 、 Indirect Cost：\840000 ）
２０１０年代に入り勃興したトポロジカル超伝導体の研究におけるこれまでの主題は、トポロジーという「数学的」概念を駆使した「物質の分類・探索」であった。本研究では、トポロジカル超伝導体の研究を、「物理学」の分野として更に発展させ、また将来のデバイスへ応用される可能性を高めるために、トポロジカル超伝導体がメゾスコピック系で示す特異な「物理現象の探索・解明」を行う。特に、高次トポロジカル超伝導体とトポロジカル・ジョセフソン接合という、近年注目を集めているトポロジカル超伝導体に焦点を当て、多端子接合系における電流・電流ゆらぎ・熱流の理論解析を通じて、それぞれの系の個性を捉えた新奇な物理現象を探索する。
令和3年度の研究では、マヨラナ角状態をもつ高次トポロジカル超伝導体に関する研究をまずは行った。具体的には、マヨラナ角状態の数や現れる位置が、試料の形状にどのように影響を受けるのか格子グリーン関数法を用いた数値計算によって明らかにした。また、金属と高次トポロジカル超伝導体の接合系における輸送現象を研究し、マヨラナ角状態の位置の変化をトンネル・コンダクタンスから観測する方法を理論提案した。令和4年度には本研究を発展させて、多端子系におけるマヨラナ角状態を介した非局所輸送現象の研究を行う予定である。
また、令和3年度の研究では、トポロジカル・ジョセフソン接合系に関する研究も行った。具体的には、これまで研究がなされてきた”2次元” トポロジカル・ジョセフソン接合系を拡張し、多重縮退したマヨラナ状態が発現するする”3次元” トポロジカル・ジョセフソン接合系の理論模型を提案した。また、この系における低エネルギー励起に着目した有効模型を構築し、多重縮退したマヨラナ状態が現れる物理的な起源を明らかにした。
さらに、主要な研究課題から派生した2つの研究にも取り組んだ。1つ目の派生研究では、銅酸化物高温超伝導体と永久スピン旋回状態をもつ半導体とのハイブリッド系において、元来、スピン3重項超伝導体しか示さないと考えられていた異常近接効果が生じることを明らかにした。不純物に頑強な多重縮退したマヨラナ状態を実現する上で、永久スピン旋回状態をもつ半導体の性質を利用するという発想は、前述したトポロジカル・ジョセフソン接合系の研究に応用されている。また、2つ目の派生研究では、ルテネイト超伝導体のペアポテンシャル対称性を決定するための実験を理論提案した。具体的には、ルテネイト超伝導/金属接合系において、接合角度を変化させながらトンネル・コンダクタンス測定を行うことを提案した。
高次トポロジカル超伝導体におけるマヨラナ角状態の数や位置と試料形状の関係性を明らかにするとともに、基本的な電気伝導特性（単一リード線を微分コンダクタンス）の数値計算を完了した。また、マヨラナ角状態の位置を印加磁場によって制御できるような高次トポロジカル超伝導体の模型を理論提案できた。
当初は、これに続いて複数のリード線を高次トポロジカル超伝導体に接合した系における非局所輸送現象の研究に着手する予定であったが、トポロジカル・ジョセフソン接合系の研究分野における急速な発展を受けて、３年目（令和５年度）に研究を予定していたトポロジカル・ジョセフソン接合系の研究を前倒しして進めた。その結果、多重縮退したマヨラナ状態が現れる３次元トポロジカル・ジョセフソン接合系の模型を理論提案することができた。この系では、実効的なpx波超伝導状態が実現しており、異常近接効果を示すことが期待される。また、この研究の過程で、銅酸化物高温超伝導体と永久スピン旋回状態をもつ半導体とのハイブリッド系における異常近接効果に関する派生研究を行った。
以上の研究成果は計3篇の論文にまとめられ、欧文誌にて発表されている。
本年度(令和4年度)の研究では、複数のリードを接合した高次トポロジカル超伝導体における非局所輸送現象を主に研究する。まずは、基本的なトポロジカル超伝導体の接合系における電流ゆらぎ・熱伝導を調べ、高次トポロジカル超伝導体を含む多端子接合系の研究に必要な知見・計算手法を習得する。これを応用し、高次トポロジカル超伝導体に特有のメゾスコピック現象を理論的に探索する。また本年度には、非平衡系の解析に応用可能なケルデッシュ形式の格子グリーン関数法の構築に向けて、基礎的な知見を習得する -
新奇トポロジカル超伝導体におけるメゾスコピック伝導の研究
Grant number：21J00041 2021.4 - 2024.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
池谷 聡
令和3年度の研究では、マヨラナ角状態をもつ高次トポロジカル超伝導体に関する研究をまずは行った。具体的には、マヨラナ角状態の数や現れる位置が、試料の形状にどのように影響を受けるのか格子グリーン関数法を用いた数値計算によって明らかにした。また、金属と高次トポロジカル超伝導体の接合系における輸送現象を研究し、マヨラナ角状態の位置の変化をトンネル・コンダクタンスから観測する方法を理論提案した。令和4年度には本研究を発展させて、多端子系におけるマヨラナ角状態を介した非局所輸送現象の研究を行う予定である。
また、令和3年度の研究では、トポロジカル・ジョセフソン接合系に関する研究も行った。具体的には、これまで研究がなされてきた”2次元” トポロジカル・ジョセフソン接合系を拡張し、多重縮退したマヨラナ状態が発現するする”3次元” トポロジカル・ジョセフソン接合系の理論模型を提案した。また、この系における低エネルギー励起に着目した有効模型を構築し、多重縮退したマヨラナ状態が現れる物理的な起源を明らかにした。
さらに、主要な研究課題から派生した2つの研究にも取り組んだ。1つ目の派生研究では、銅酸化物高温超伝導体と永久スピン旋回状態をもつ半導体とのハイブリッド系において、元来、スピン3重項超伝導体しか示さないと考えられていた異常近接効果が生じることを明らかにした。不純物に頑強な多重縮退したマヨラナ状態を実現する上で、永久スピン旋回状態をもつ半導体の性質を利用するという発想は、前述したトポロジカル・ジョセフソン接合系の研究に応用されている。また、2つ目の派生研究では、ルテネイト超伝導体のペアポテンシャル対称性を決定するための実験を理論提案した。具体的には、ルテネイト超伝導/金属接合系において、接合角度を変化させながらトンネル・コンダクタンス測定を行うことを提案した。