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2016 Fiscal Year Research-status Report

メゾスコピック一次元電子相関

Research Project

Project/Area Number 15K05118
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

泉田 渉  東北大学, 理学研究科, 助教 (20372287)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2020-03-31
Keywordsナノチューブ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ナノチューブなどのメゾスコピック一次元物質において、量子伝導領域で起こる物理現象を明らかにすることを目的としている。この目的のため、電子の一粒子状態および電子相関効果を理論的手法により調べている。
量子伝導領域におけるナノチューブの電子状態を正確に理解するためには、一粒子状態の定量的な解析が欠かせない。実際のナノチューブはマイクロメートル程度の長さであるため、量子閉じ込め効果が重要となる。閉じ込められた電子がどのような定在波を形成するのかに関し、従来の解析は、谷と呼ばれるバンド自由度が分離しているとの仮定に基づいていた。
これに対し、本研究では、様々な螺旋構造のナノチューブの電子状態を、数値的及び解析的手法により理論的に調べた。この結果、多くのナノチューブでは谷が結合すること、境界条件によっては谷が強く結合する場合があることを示し、従来用いられる谷分離描像からの大きな修正が必要となることを示した。また、ナノチューブ端付近に現れる端状態をトポロジーの観点から解析し、バンド描像におけるトポロジカル不変量と端状態との間に一対一対応があること(バルク端対応)をあらわに示し、さらに、外部磁場によりトポロジカル相転移が引き起こされることなど、トポロジカル物質としてのナノチューブの性質を明らかにした。上記研究に際し、曲率によるエネルギーギャップやスピン軌道相互作用を取り込んだ有効一次元格子模型を構築した。
さらに、典型的な電子相関の一つである超伝導相関がナノチューブに誘起される場合に、超伝導ギャップ中に端に局在した状態が生じる場合のあることを、トポロジーの観点から示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電子相関効果の解析手法の出発点となる、微細構造を取り込んだ有効一次元格子模型を構築した。これにより、低エネルギーの電子相関効果を定量的に調べる事を可能にした。さらに、この模型をもとに超伝導相関を調べ、曲率および超伝導により誘起された端状態を見いだすなど、系の示す電子相関効果が徐々に明らかとなってきた。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で明らかとした一粒子状態に対する知見に加え、構築した有効一次元格子モデルを用いて、低エネルギーにおける電子相関効果の研究を解析的および数値的な手法により推進する。

Causes of Carryover

研究遂行のための計算機関連機器等の物品購入費が当初計画より下回った事、一方、旅費として計画していた予算が当初の予定を上回ったが、それらの差額として次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

引き続き研究討論や成果発表のための旅費や計算機関連の物品費として使用する予定である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Topological Phase Transition in Metallic Single-Wall Carbon Nanotube2017

    • Author(s)
      R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 86 Pages: 013702-1-4

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.013702

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electronic and optical properties of single wall carbon nanotubes2017

    • Author(s)
      R. Saito, A. R. T. Nugraha, E. H. Hasdeo, N. T. Hung, W. Izumida
    • Journal Title

      Topics in Current Chemistry

      Volume: 375 Pages: 7-1-24

    • DOI

      10.1007/s41061-016-0095-2

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Angular momentum and topology in semiconducting single-wall carbon nanotubes2016

    • Author(s)
      W. Izumida, R. Okuyama, A. Yamakage, R. Saito
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 195442-1-18

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.195442

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] カーボンナノチューブの離散準位2016

    • Author(s)
      泉田 渉
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 51 Pages: 815-823

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Edge states and topology in finite-length single-wall carbon nanotubes2017

    • Author(s)
      Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Mikio Eto, Riichiro Saito
    • Organizer
      DPG Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Technische Universitaet Dresden, Dresden, Germany
    • Year and Date
      2017-03-20 – 2017-03-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Topological invariants in carbon nanotubes with superconducting pairing2017

    • Author(s)
      Lars Milz, Magdalena Marganska, Wataru Izumida, Milena Grifoni
    • Organizer
      DPG Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Technische Universitaet Dresden, Dresden, Germany
    • Year and Date
      2017-03-20 – 2017-03-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノチューブにおけるトポロジカル相転移2017

    • Author(s)
      奥山 倫, 泉田 渉, 江藤幹雄
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(豊中キャンパス)(大阪府・豊中市)
    • Year and Date
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [Presentation] Topological phase transition in metallic single-wall carbon nanotube induced by magnetic field2017

    • Author(s)
      Rin Okuyama, Wataru Izumida, Mikio Eto
    • Organizer
      APS March meeting
    • Place of Presentation
      New Orleans, LA, USA
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-16
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discrete energy levels and topology in finite-length carbon nanotubes2016

    • Author(s)
      Wataru Izumida
    • Organizer
      German-Japanese Meeting on the Science of Hybrid Quantum Systems
    • Place of Presentation
      dbb Forum, Berlin, Germany
    • Year and Date
      2016-11-10 – 2016-11-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーボンナノチューブの離散準位と谷状態の角運動量2016

    • Author(s)
      泉田 渉, 奥山 倫, 山影 相, 齋藤 理一郎
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学(角間キャンパス)(石川県・金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-13
  • [Presentation] Angular momentum and topology in finite-length single-wall carbon nanotubes2016

    • Author(s)
      Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Riichiro Saito
    • Organizer
      The Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      University of Vienna, Austria
    • Year and Date
      2016-08-11 – 2016-08-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effective one-dimensional lattice model for single-wall carbon nanotubes with spin-orbit interaction and curvature effects2016

    • Author(s)
      R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
    • Organizer
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
    • Place of Presentation
      Kobe International Conference Center(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Valley coupling and edge modes in finite-length single-wall carbon nanotubes2016

    • Author(s)
      Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Riichiro Saito
    • Organizer
      22nd International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics
    • Place of Presentation
      Jozankei View Hotel(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-07-28 – 2016-07-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Angular momenta of two valleys and valley coupling in finite-length single-wall carbon nanotubes2016

    • Author(s)
      Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Riichiro Saito
    • Organizer
      Frontiers in Quantum Materials and Devices Workshop
    • Place of Presentation
      RIEKN(埼玉県・和光市)
    • Year and Date
      2016-06-13 – 2016-06-13
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks]

    • URL

      http://flex.phys.tohoku.ac.jp/~izumida/index.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

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