2014 Fiscal Year Annual Research Report
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
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13J09798
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 隆志 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2013-04-26 – 2016-03-31
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| Keywords | スピン軌道相互作用 / 界面物性 / トポロジカル絶縁体 / 半導体 / Berry曲率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２６年度に申請者が行った主な研究内容を以下に記す
・界面半金属状態のトポロジカルな特徴付け
本研究員は博士課程研究において、物質を接合した場合の界面金属状態を見出し、この金属状態は、Hamiltonianの情報を含んだ行列のPfaffian演算による特徴づけを予言していた。２５年度研究において、本研究員はこのPfaffianの演算を数値的に行い、Fermi loopの特徴づけを確かめることに成功した。しかし、このPfaffianによる特徴づけは、Hamiltonianの情報を含んだ行列が反対称的であるということを示唆しただけであった。本研究員は２６年度において、この界面がFermi loopを持つ金属状態として発現する基準を示し、接合する物質の対にある対称性の分類を行った。結果として、接合する２つの物質の対が粒子正孔変換演算子で結びついている場合、接合前はギャップが開いており絶縁的だったとしても、接合による混合によってFermi面をはさんだバンドが互いに引力的に閉じる方向に動くことが分かった。即ち、接合混合がギャップより大きい場合は、それぞれが絶縁体でも、接合することによって金属的な界面が発現することを示した。対照的に、接合する２つの系が時間反転演算子で結ばれている場合、絶縁体のギャップは接合することによって更に大きくなると示した。
また、超伝導物質のπ結合の場合、このようなバンドが引力的であるということを例として示した。
本研究は米の物理学雑誌にて出版された（R. Takahashi, S. Murakami, Phys. Rev. Lett. 113, 256406 (2014)）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請者は研究計画において、研究課題をいくつかの課題に分割して遂行することを報告している。その中の一つである、「界面半金属状態のトポロジカルな特徴付け」については26年度の研究で完全に遂行された。申請者は接合系の2つの物質対を対称性で結ばれている場合において、生じる界面Fermi面を見出した。更にその界面対称性がFermi面の形を環状にトポロジカルに制約するというまったく新しい概念を提出することに成功した。この結果を持って米物理学雑誌で出版されることに成功した。
また、研究「磁性絶縁体におけるトポロジカルな状態の研究」に関しても現在フォノンとマグノンの相関という観点から研究を行っている。これはフォノンとマグノンが結合を行い、準粒子が異常速度を持って流れるという内容となっている。これに関する研究は収束を迎えつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
【現在間での達成度】で述べた「磁性絶縁体におけるトポロジカルな状態の研究」に関する、フォノンとマグノンの研究を収束させ、論文として出版させるという業務を行う。次に「負のカイラリティを持ったトポロジカル絶縁体の探求」に関する研究を行う。これは現在までの情報で、真空中の単一の原子が持つスピン軌道相互作用とは逆向きのスピン軌道相互作用が負のカイラリティを与えるのではないかという予測が立っている。この予測に基づいた研究を行う。
また、更に研究「特異な界面状態による新しい物理現象の予言」を行う。これにはMoyal積を用いた非平衡グリーン関数を用いることを想定する。
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