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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Scaling theory of topological insulators

Research Project

Project/Area Number 15H03700
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

大槻 東巳  上智大学, 理工学部, 教授 (50201976)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) SLEVIN KEITH  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (90294149)
井村 健一郎  広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (90391870)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2020-03-31
Keywordsトポロジカル絶縁体 / ワイル半金属 / スケーリング理論 / 相図
Outline of Annual Research Achievements

本研究ではトポロジカル絶縁体やワイル半金属といったトポロジカル物質を理論的に研究する。特にランダムネスの入った時に現れるリッチな相図を数値計算によって研究する。異なるトポロジーをもった相と相の境界に現れるディラック半金属の状態密度のスケーリング則をすでに見つけているが,平成28年度は,この状態密度のスケーリングがより一般的に,ワイル半金属と金属の間の相転移でもみられることを示した。これを実証するために,2次元のチャーン絶縁体を層状に重ねた異方的3次元系を考え,この系がチャーン絶縁体相,ワイル半金属相,金属相を示すことを明らかにした。用いた方法は転送行列法とカーネル多項式法である。
この研究と並行し,2次元トポロジカル絶縁体を層状に重ねた場合の相図を明らかにし,2次元と3次元のトポロジカル相のクロスオーバーを明らかにした。また,これまで研究して来た系は電子(フェルミオン)の振る舞いであったが,この研究をボゾン,特にスピンアイスに現れる マグノンを考察し,ボゾンでもトポロジカルな状態が安定であることを実証した。
以上の研究とは全く別の方法,すなわち波動関数を画像として捉え画像認識を用いて相図を求める方法を提案し,実証した。トポロジカル物質は系の端や表面に特異な状態を示すことが知られている。この状態の有無を画像解析により機械的に明らかにするのである。この論文はJ. Phys. Soc. Jpn.のeditor's choiceとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究とは全く別のアプローチ,機械学習によるトポロジカル物質の相図の決定に成功したため。

Strategy for Future Research Activity

トポロジカル絶縁体やワイル半金属は,リッチな相図を示す。これまでは半金属と金属の間の相転移を調べて来たが,今後はチャーン絶縁体と金属やチャーン絶縁体とワイル半金属の間の相転移を記述したい。

  • Research Products

    (10 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      北京大学
  • [Journal Article] Deep Learning the Quantum Phase Transitions in Random Electron Systems: Applications to Three Dimensions2017

    • Author(s)
      Tomi Ohtsuki, Tomoki Ohtsuki
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 86 Pages: 044708

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.044708

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Integer quantum magnon Hall plateau-plateau transition in a spin-ice model2016

    • Author(s)
      B. Xu, T. Ohtsuki, R. Shindou
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 220403

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.220403

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Comparative study of Weyl semimetal and topological/Chern insulators: Thin-film point of view2016

    • Author(s)
      Y. Yoshimura, W. Onishi, K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Pages: 235414

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.235414

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Estimate of the Critical Exponent of the Anderson Transition in the Three and Four-Dimensional Unitary Universality Classes2016

    • Author(s)
      K. Slevin, T. Ohtsuki
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 85 Pages: 104712

    • DOI

      10.7566/JPSJ.85.104712

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Deep Learning the Quantum Phase Transitions in Random Two-Dimensional Electron Systems2016

    • Author(s)
      Tomoki Ohtsuki, Tomi Ohtsuki
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 85 Pages: 123706

    • DOI

      10.7566/JPSJ.85.123706

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 乱れのある3次元トポロジカル物質における量子相転移2016

    • Author(s)
      小林浩二,大槻東巳,井村健一郎
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 51 Pages: 576

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 深層学習によるランダムなトポロジカル物質相の判定2017

    • Author(s)
      大槻東巳
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      大阪大学,豊中市,大阪府
    • Year and Date
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [Presentation] Scaling of Dirac/Weyl semimetal to metal transition2016

    • Author(s)
      Tomi Ohtsuki
    • Organizer
      Anderson Localization in Topological Insulators
    • Place of Presentation
      IBS, Daejeon, Korea
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Effect of disorder in three dimensional layered Chern insulator2016

    • Author(s)
      Tomi Ohtsuki
    • Organizer
      Recent progress and perspectives in topological insulators: quantum Hall effects, ballistic vs. diffusive regimes and Anderson transitions
    • Place of Presentation
      KITP, Beijing, China
    • Year and Date
      2016-04-11 – 2016-04-15
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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