運動量空間におけるスピン構造の分類と、そのスピントロニクス応用に関する理論的研究

• Project/Area Number: 18J01610
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大熊 信之 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: トポロジカル物性 / 対称性 / 非エルミート

Outline of Annual Research Achievements

近年、量子物性系における散逸の効果をハミルトニアンの非エルミート性として取り入れる非エルミート量子力学が盛んに研究されている。非エルミートハミルトニアンの著しい性質の一つに、ハミルトニアンの固有エネルギーが境界条件に強く依存する、非エルミート表皮効果が上げられる。我々は、数学分野における作用素のスペクトル理論、特に指数定理及び相似変換を援用する事で、非エルミート系における表皮効果のトポロジカルな起源を明らかにした。具体的には、非エルミートハミルトニアンをエルミート系のトポロジカル絶縁体のゼロモードの関係に着目して証明を行った。この考えを発展し、既に知られているトポロジカル絶縁体のヴァリエーションに対応し、対称性に保護された表皮効果や高次元の表皮効果を提唱した。本研究は対称性とトポロジーという研究計画書の主要概念に着目し、一見無関係に思える非エルミート系における現象との関係を明らかにした点で重要な成果である。現代物性物理の主要な3概念に統一的な理解を与えた我々の研究は、既に国内外のグループにおける派生研究を誘起した点においても、意義深いと考えられる。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Topological Origin of Non-Hermitian Skin Effects (2020)
  • Author(s): Okuma Nobuyuki、Kawabata Kohei、Shiozaki Ken、Sato Masatoshi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 124 Issue: 8 Pages: 086801-086801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.086801
  • NAID: 130008155278
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Topological Phase Transition Driven by Infinitesimal Instability: Majorana Fermions in Non-Hermitian Spintronics (2019)
  • Author(s): Okuma Nobuyuki、Sato Masatoshi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 123 Issue: 9
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.097701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Topological classification under nonmagnetic and magnetic point group symmetry: Application of real-space Atiyah-Hirzebruch spectral sequence to higher-order topology (2019)
  • Author(s): Okuma Nobuyuki, Sato Masatoshi, Shiozaki Ken
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 8 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.085127
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Physical interpretation of non-Hermitian topology (2019)
  • Author(s): Nobuyuki Okuma
  • Organizer: Workshop Series on Non-Hermitian Quantum Mechanics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 無限小摂動に誘起された 非エルミートトポロジカル相転移 (2019)
  • Author(s): 大熊信之
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Application of Atiyah-Hirzebruch spectral sequence to real-space topological classification (2018)
  • Author(s): Nobuyuki Okuma
  • Organizer: BEC2018X
  • Invited