2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K17725
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山影 相 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (90750290)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トポロジカル物質 / トポロジカル絶縁体 / トポロジカル超伝導体 / トポロジカル結晶超伝導 / トポロジカル半金属 / 線ノード / 円偏光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ディラック・ワイル半金属などのトポロジカル半金属は，そのトポロジーに由来した非自明な輸送現象が期待される興味深い系である．その一つに，バンドギャップが消失しているブリルアン域中の点（ノード）が線状に繋がった，線ノードを有するトポロジカル半金属がある．線ノードは様々な形があり，その構造が輸送現象の振る舞いを決める．したがって，ノード構造を分類することは基礎的に重要な意味をもつ．
線ノードには色々な形の構造が有りうるが，まず，交差した線ノードをもつトポロジカル半金属について，可能なノード構造を全て分類する一般論を構築した．さらにRH3(R:希土類)がその候補物質になっていることを見出した．また，線ノード半金属は，一般にはスピン軌道相互作用により絶縁体となるが，それがトポロジカル絶縁体になるかディラック半金属になるかをバンド構造だけから簡単に判定する方法を発見した．これは，具体的に計算すること無く，バンド計算のデータベースを参照するだけでトポロジカル物質の探索を可能にする．
物質探索の他に，線ノード半金属に円偏光を照射すると有効的に点ノード半金属（ワイル半金属）と同等の電子状態が実現すること，それに起因して異常ホール効果が起きることを見出した．異常ホール効果を示すワイル半金属物質はまだ発見されておらず，光照射下の線ノード半金属はその良い研究対象になりうる．
トポロジカル結晶超伝導の不変量は結晶の対称操作の数だけ存在するが，超伝導の既約表現と表面の方向を定めると，有限になりうるトポロジカル不変量は１つだけであることを示した．これにより絞り込まれたトポロジカル不変量１つだけを計算すれば，トポロジカル結晶超伝導を調べるのに十分なことが分かる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交差した線ノードという新しいタイプのトポロジカル半金属状態についての一般的な分類理論を構築するのに成功し，また，具体的な候補物質も発見した[S. Kobayashi, Y. Yamakawa, A. Yamakage, T. Inohara, Y. Okamoto, and Y. Tanaka, arXiv:1703.03587]．
さらに，バンド構造のみからトポロジカル絶縁体の不変量を決定する方法を見出した．これを用いてトポロジカル物質探索をより効率的に行うことができるようになった．これは，これからの研究をさらに加速させるものである．
トポロジカル半金属における量子輸送現象についても，線ノード半金属における光誘起異常ホール効果の発見などの成果を挙げることができた[K. Taguchi, D.-H. Xu, A. Yamakage, and K. T. Law, Phys. Rev. B 94, 155206 (2016)]．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発したトポロジカル不変量をバンド構造のみから判定する方法を適用してトポロジカル物質探索を続ける．また，バルク物質だけなく，薄膜におけるトポロジカル絶縁体・半金属相の探索も行う．一つの物質でも膜厚により様々なトポロジカル相が現れ，制御できることが期待される．さらに，薄膜における歪の効果も調べつつある．一般に歪は擬似的な磁場として扱われ，電子状態はランダウ準位を形成するが，線ノード半金属においてはそのノード構造に由来した特徴的なランダウ準位が生じることが分かりつつある．これは輸送現象に大きな影響を与える．
ごく最近では，ディラックやワイル電子以外に，三重縮退点をもつトポロジカル半金属（スピン１フェルミ粒子）状態なども見つかっている[B. Bradlyn et al., Science 353, 6299 (2016)]．このようなスピン１トポロジカル半金属や線ノードトポロジカル半金属における量子輸送現象の解明を目指す．具体的には磁気抵抗や熱伝導および熱起電力の振る舞いを明らかにする．トポロジカル物質の量子輸送現象については実験［名大工 岡本佳比古准教授ら．Y. Okamoto, T. Inohara, A. Yamakage, Y. Yamakawa, and K. Takenaka, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 123701 (2016)］との共同研究も行っており，その実験結果からのフィードバックを反映させて更に理論研究を推進する．
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| Causes of Carryover |
当初，アメリカ物理学会に参加する予定であったが，日本物理学会の日程と重複しており，そちらに参加する必要が急に生じたため渡米しなかったので，旅費の大部分を消費しなかった．また，本年度は共同利用の計算機を利用した大規模計算の必要がなかったので，計算機使用費の支出がなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
バンド計算パッケージWien2kを購入し，共同利用計算機（有料）にて使用し，さらに広くトポロジカル物質探索，および輸送・応答現象の定量的な評価を行う．また，国際学会参加と共同研究打合せをより積極的に行うために旅費を使用する．
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Research Products
(10 results)
