2019 Fiscal Year Annual Research Report
Thermal and Optical Control of Valley-Polarized Current and Theoretical Design of Novel Topological Materials
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18H01154
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
若林 克法 関西学院大学, 理工学部, 教授 (50325156)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | トポロジカル物質 / グラフェン / 原子膜物質 / ザック位相 / 高次トポロジカル状態 / 光応答 / SSH模型 / ナノリボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンや遷移金属カルコゲナイド系物質(TMDC)などの系の厚さが一原子層である原子膜物質では、エッジや表面などの境界面によって、特異な電子物性が発現する。本研究では、電荷・スピンに次ぐ、第三の自由度であるバレーの状態に着目し、その輸送制御性を、円偏向電磁場照射などによる光学的な方法、あるいは熱的な方法によって、実現することを目的とし、その理論整備を行うことを目的とする。さらに、ベリー接続に着目した、新しいアプローチによるトポロジカル材料の設計指針の提案を行い、実験グループに新たな物質探索・合成指針を提示することを目的とする。本研究課題によって、原子膜材料からなる系における、バレー流の生成・制御の新しいアプローチの展開、新たなトポロジカル状態の制御の指針が期待されるだけでなく、原子膜エレクトロニクスデバイスの物理の基礎学理に新たな展開を惹起させる。
2019年度は、次に述べる結果を得た。(1) 波動力学的なアプローチを使うことで、SSHナノリボンの解析解の導出に成功し、有限幅のナノリボン系におけるトポロジカル相転移点のリボン幅依存性を明らかにした。(2) 実験グループと共同研究を進め、Si材料を基にしたフォトニック結晶素子におけるコーナー状態の理論解析をおこなった。(3) 六角格子系SSH模型を考察し、高次トポロジカル状態によるコーナー状態の出現機構を解明した。(4) 共有結合性有機構造体(COF)の一つであるトリプチセン分子膜の電子状態を記述する有効tight-binding模型を構築し、電磁場照射による光学応答特性を解明した。
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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
本年度も、ザック位相を用いたトポジカル物質の設計指針について、その理論的な枠組みを高次トポロジカル状態へと議論を進めるなど、大きな進展があった。特に、六角格子系SSH模型を考察し、高次トポロジカル状態によるコーナー状態の出現機構を解明した。さらに、実験グループと共同研究を行ない、高次トポロジカル状態に基づくコーナー状態をフォトニック結晶で観測することに成功し、その理論解析を担当した。また、２D分子膜における光応答効果の理論解析で、関連するプログラムの開発が大きく進展した。今後、開発したプログラムをさらに拡張・応用することで、他の原子膜物質への展開を図る。いずれの成果も、研究課題において、根幹をなす基礎的な成果であり、今後の研究進捗に大きな貢献をなすものと期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度得られた研究成果の取りまとめと論文出版を進めるとともに、近年急速に研究が進んでいる高次トポロジカル相について、研究をさらに進めていく。さらに、フォトニック結晶など電子系以外の系への理論適用と考察を進め、実験グループへの提案を行う。
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