2017 Fiscal Year Research-status Report
スピン軌道相互作用が強い物質及び現象のトポロジーに基づく研究とスピン素子への応用
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16K04872
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
近藤 憲治 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植村 哲也 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (20344476)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / ワイル半金属 / ラインノード半金属 / 非可換ゲージ場 / スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / 特異点論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、前年度の実績報告書の「今後の研究の推進方策」にも書いたように、新規なデバイスであるスピン量子十字素子への応用も考慮しつつ、トポロジカル物質の基礎研究に注力した。
手始めに、KaneとMeleが提唱したグラフェンでの量子スピンホール効果を再考した。KaneとMeleが提唱したハミルトニアンは、Rashba効果を入れているためスピンを分離できない。そこで、Rashba項を省くことで、スピンを分離し、アップスピンとダウンスピンの振る舞いを明瞭にした。さらに、スピン軌道相互作用を副格子ごとに変えて拡張した。多くの先行研究がほとんどの場合、ジグザグ型のナノリボンのみに着目しているので、我々はアームチェア型のナノリボンを詳しく研究した。その結果、Bulk-Edge対応の結果、ジグザグ型とアームチェア型のナノリボンでは、量子スピンホール相の振る舞いが異なることを発見した。
もう一つ注力したのは、ワイルセミメタルの研究である。ワイルセミメタルはA.A. Burkovと L. Balentsによって提唱され、表面にフェルミアークが見られるとのことであったが、このフェルミアークを具体的に計算している文献は、ほとんどない。そこで、A.A. BurkovとL. Balentsによって提唱されたトポロジカル絶縁体超格子によるワイルセミメタルとラインノードセミメタルのモデルを使って、それぞれの場合に対して、表面状態のフェルミアークを具体的に計算することに成功した。
一方で、これらのように静的な電子構造のみならず、数学者の寺本氏とともに、特異点論を用いた、摂動によるワイル点の分岐に関する一般論を構築し、論文にした。
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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
平成30年度の研究計画で上げておいた、トポロジカル絶縁体を含めたトポロジカルな物質全体のさらなる新しい物性の研究に現在の研究は進んでおり、スカーミオンやワイルセミメタルなどのトポロジカル絶縁体以外のスピントロニクスで重要となるトポロジカルな物質や現象を解析するまでに至っていることから、当初の計画以上に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、トポロジカル絶縁体に関しては、最近、明らかになって来た、ヒンジにギャップレス状態を持つHigher Orderトポロジカル絶縁体の基礎物性の解明を行っていくこと。スカーミオンに関しては、電流駆動時のスカーミオンホール角の磁場や電流密度依存性を解析していきたい。また、ワイルセミメタルやラインノード半金属に関しては、電子構造のみならず、輸送の計算を行いたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
理由：次年度にスピントロニクスの大きな国際大会がヨーロッパで行われることもあり、その旅費を確保したかったのとLLGシミュレーターの最新版が次年度に出るらしい噂があったので、当初、今年度購入予定であったLLGシミュレータの購入を見送ったため。
使用計画：今年度に上記のLLGシミュレーターの最新版を購入予定とヨーロッパの学会に参加する予定である。
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| Remarks |
この研究活動を通じて、学生がウシオ財団奨学金（給付）を獲得した。
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