2018 Fiscal Year Research-status Report
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15K17726
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
川口 由紀 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00456261)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピン軌道相互作用 / トポロジカル物質 / トポロジカル励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1]トポロジカル絶縁体表面では強いスピン軌道結合(SOC)を反映して、スピンと軌道の自由度が完全にロックしている。そこにs波超伝導体を接合するとトポロジカルに非自明な超伝導状態となり、系の端に特異なギャップ内状態が出現することが知られている。本研究では、その端状態が外部磁場により系の内部へと入り込む様子を数値的に調べ、局所状態密度から端状態の移動が検出できることを明らかにした。
[2]スピンと軌道角運動量が結合したボース・アインシュタイン凝縮体において、台湾の実験グループとの共同研究により、基底状態にスキルミオン的な構造が出現することを明らかにした。また、スピン・軌道角運動量結合が強い場合には、静止系であっても基底状態に渦が出現することを示し、常流動状態から温度を下げることにより自発的に渦が出現することを明らかにした。
[3]単原子層の遷移金属ダイカルコゲナイト(TMS)は、副格子構造の自由度から、バレーごとにベリー曲率の符号が異なり、バレーホール効果が起こることが知られている。一方、スピン自由度に着目すると、縦磁化の符号によりSOCの符号が異なるというイジングタイプのSOCに加え、ゲート電圧によりラッシュバ型SOCを誘起できる。このことは、副格子とスピンの双方の自由度がそれぞれ軌道の自由度と結合することによってホール効果を生み出すことを示唆している。本研究では、ラシュバ型SOCが強い場合には、スピン由来のバレーホール効果が副格子由来のものよりも支配的になることを明らかにした。なお、この研究は香港科技大との共同研究である。
[4]トポロジカル絶縁体に強電場をかけることで自発的に時間反転対称性が破れる不安定性の機構を理論的に解析した。特に、外部電場に対して非線形な応答を示す物質内部の電場・磁場の振る舞いを明らかにし、非線形応答を検出しやすい条件について議論した。
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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
研究実績の概要[1][3][4]に挙げるように、固体物理におけるトポロジカル物質に関して多く成果を挙げることができた。一方、前年度からの課題であった冷却原子ボース。アインシュタイン凝縮体の運動量空間におけるトポロジーの研究については論文を投稿済みである。研究実績の概要[2]にあるように、実験グループとの共同研究も進み、スピン・軌道角運動量結合という新しい系に関する研究も進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1]スピン・軌道角運動量結合した系において、引き続き実験グループとの共同研究を行い、渦の生成機構を明らかにする。
[2]運動量空間のトポロジーに関して、例外点（非エルミートハミルトニアンが対角化できない点）が存在するときに特徴的な性質を見出し、実験で検証する方法を提案する。
[3]カイラル磁性体における磁気スキルミオン間の相互作用に関して、これまでに得られた結果を論文にまとめる。
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| Causes of Carryover |
出産・育児休業で研究が中断したこと、および、その前後の体調の都合で出張ができなかったため。非エルミート系のトポロジーが国内外で盛んに研究されていることから、リサーチアシスタントを雇用して集中的に研究を進める予定である。
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