2014 Fiscal Year Annual Research Report
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13J09907
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
磯部 大樹 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / ディラック電子 / 電子間相互作用 / スピン軌道相互作用 / 結晶性トポロジカル絶縁体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度の研究テーマは主として以下の３つである。研究計画では物質中のトポロジカル電子状態の理論的解析を目的としており、本研究はトポロジカルな性質の発現した電子系における電子相関の効果を明らかにすることを目指したものである。
(１)ディラック電子系における電子間長距離クーロン相互作用の及ぼす効果の摂動論的解析。ディラック電子系を２つのエネルギーバンドが１点で接する特徴的なエネルギー分散を持った系と捉え、クーロン相互作用の遮蔽や系の異方性のもたらす効果について、３次元系を対象に解析した。こうした異方性を持った電子系はトポロジカル絶縁体の相転移の際に現れ、その際のクーロン相互作用の遮蔽の様子が通常の金属や等方的なディラック電子系とは異なる新奇なものとなることを見出した。
(２)電子間相互作用による実効的なスピン軌道相互作用の変化に関する数値的解析および理論的考察。スピン軌道相互作用は固体中でトポロジカルな電子状態を引き起こす主な要因であるが、スピン軌道相互作用が強い元素には希少な元素が多く、これを安価で豊富に存在する元素で実現することには応用上の大きな意義がある。２サイトのｄ電子系をモデルとして数値的に解析することで、電子相関によりスピン軌道相互作用が実効的に増大する領域が存在することを確認し、理論面からの考察を行った。
(３)電子間相互作用による結晶性トポロジカル絶縁体のトポロジカル相の分類の変化。結晶性トポロジカル絶縁体とは、結晶の対称性により電子のトポロジカルな性質が保護されている絶縁体であり、近年理論と実験の両面から注目を集めている。特に鏡面対称性で保護された結晶性トポロジカル絶縁体を対象に電子間相互作用の効果を考え、２次元系と３次元系の両方においてトポロジカル相の分類が相互作用により変化することを見出した。また、相互作用により現れる新奇な電子相の測定について提案を行った。
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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
本研究では、固体中のトポロジカル電子状態における電子相関の影響を理論的に解析することを目的としている。また計画では現時点までに異方性のあるディラック電子系における解析を行うことを予定していた。実際には現在までに異方性のあるディラック電子系における電子間相互作用の影響の解析に加えて、強相関電子系におけるスピン軌道相互作用の実効的増大についての数値的解析、また電子間相互作用による結晶性トポロジカル絶縁体のトポロジカル相の分類の変化についての研究を行っており、本研究は当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで３次元の異方的なディラック系に対して電子間相互作用の影響を解析してきたが、２次元系では３次元系とは異なる振る舞いを示すことが予想される。このように次元性と、電子系における相互作用の影響を調べることが今後の研究の方針として考えられる。
またトポロジカル電子状態はバルクの状態と表面状態とが関係しており、その表面状態に特徴的な性質を持つことから、結晶性トポロジカル絶縁体の研究は表面状態に着目して電子間相互作用の効果を解析していた。これを発展させて、表面状態のみでなくバルクの状態の考察が重要であると考えられる。
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Research Products
(9 results)
