スピン軌道相互作用による界面トポロジカル状態の理論研究

• Project/Area Number: 13J09798
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanomaterials chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高橋 隆志 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-26 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: スピン軌道相互作用 / トポロジカル絶縁体 / 表面 / ベリー位相 / 磁性体 / 磁気双極子相互作用 / 界面物性 / 半導体 / Berry曲率 / 平坦分散

Outline of Annual Research Achievements

平成２７年度において本研究員が行った主な理論研究の概要を以下に記す
・角度分解型子電子分光によるベリー曲率の測定
角度分解型光電子分光とは光電効果を用いた固体中の電子状態を観測手法であるが、それらは輸送などの物理量と直接結びつけられない。一方、固体中の電子が軌道角運動量を持つことが知られており、この角運動量はベリー曲率と密接な関係にあるため、ホール伝導にも寄与することが考えられる。本研究者は物質から角度分解して放たれた電子線が、軌道角運動量を持ち、それが物質中のスピンベリー曲率に由来することを示した。この角運動量は、入射光子の空間幅が有限であり、波数空間的な広がりがある場合に発現する。また、スピンベリー曲率は、スピン軌道相互作用が強い物質において発現されると考えられる。更にトポロジカル絶縁体の表面状態における光電子軌道角運動量は直接ベリー曲率と結び付けられることを発見した。
・磁気双極子を介したフォノンとの相互作用によるマグノンのホール効果
強磁性体において磁気双極子相互作用に由来したトポロジー的な観点からの研究が近年になって盛んにされている。また、マグノンの研究において、スピン軌道相互作用を介したフォノン（格子振動波）との相互作用の研究も行われている。本研究員は、磁気双極子相互作用を介したフォノンとマグノンの相互作用について研究を行い、相互作用ギャップを計算した。Yttrium iron garnet（ＹＩＧ）などでは、マグノン－フォノン相互作用においてスピン軌道相互作用が支配的であるが、スピン軌道齟齬作用が弱く磁化が強い物質でれば磁気双極子相互作用が支配的になることを見出した。また、ＹＩＧにおけるフォノンとマグノンの相互作用によるベリー曲率を見積もり、ホール伝播の実験的な測定方法を示した。この研究によって、マグノンの伝播方向を操作することが可能になると考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Berry curvature and orbital angular momentum of electrons in angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • Author(s): 高橋隆志、永長直人
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Issue: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.245133
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interfacial Fermi Loops from Interfacial Symmetries (2014)
  • Author(s): 高橋隆志、村上修一
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 113 Issue: 25
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.256406
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Completely flat bands and fully localized states on surfaces of anisotropic diamond-lattice models (2013)
  • Author(s): 高橋隆志、村上修一
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 88 Issue: 23 Pages: 2353031-9
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.235303
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 角度分解光電子分光による光電子のスピンBerry曲率由来の軌道角運動量 (2015)
  • Author(s): 高橋隆志
  • Organizer: 日本物理学会（2015秋季）
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] Emergence of interface gapless states from interfacial symmetries in a junction between two topological insulators (2015)
  • Author(s): 高橋 隆志
  • Organizer: 1st International Workshop on Topological Electronics "Topotronics"
  • Place of Presentation: 沖縄県 沖縄科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2015-03-10
• [Presentation] Interface gapless states from interfacial symmetries (2015)
  • Author(s): 高橋 隆志
  • Organizer: APS March meeting 2015
  • Place of Presentation: アメリカ、サンアントニオ
  • Year and Date: 2015-03-02
• [Presentation] Interface gapless states of topological insulators from interfacial symmetries (2014)
  • Author(s): 高橋 隆志
  • Organizer: TQP2014
  • Place of Presentation: 京都府 京都大学
  • Year and Date: 2014-12-17
• [Presentation] Interface gapless states in systems with strong spin-orbit coupling (2014)
  • Author(s): 高橋 隆志
  • Organizer: New Trends in Topological Insulators 2014
  • Place of Presentation: ドイツ、ベルリン
  • Year and Date: 2014-07-09
• [Book] Topological States on Interfaces Protected by Symmetry (2015)
  • Author(s): 高橋隆志
  • Total Pages: 90
  • Publisher: Springer