2020 Fiscal Year Annual Research Report
Frontiers in topological material science
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18H03678
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村上 修一 東京工業大学, 理学院, 教授 (30282685)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 元昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (70761005)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 物性理論 / トポロジー / トポロジカル絶縁体 / スピンエレクトロニクス / 磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第一に、系に電流を流すと磁化が生じる効果(kinetic magnetoelectric効果)がトポロジカル絶縁体においても起こることを理論的に提案した。これは先行研究では金属において研究されてきたが、本研究においてトポロジカル絶縁体を考えると、表面の金属状態を流れる電流がらせん状に流れるために軌道磁化が生じることを理論的に示した。さらにこの効果を示すためにはトポロジカル絶縁体が空間反転対称性を破っている必要があることを示し、そのような物質の候補を与えた。
第二に、非エルミート１次元系のバンド構造とトポロジーに関する基礎理論構築と異常な物性の提案を進めた。BdG型と呼ばれる形式のボーズ粒子系では、エルミート性と非エルミート性が一つの系で共存していることを示した。また空間反転対称性のある系では、非エルミート表皮モードの侵入長が系の大きさに比例するという特異な振る舞いを示すことを示した。
第三に、カイラルフォノンと呼ばれるフォノンの回転自由度について基礎理論を構築した。特にk=0でのゴールドストーンモードであるゼロ周波数のフォノンに対して時間反転対称性を破ってギャップを開くとき、その角運動量は系によらず普遍的な値をとることを示した。第四に、前年度に引き続いてアパタイト電子化物が高次トポロジカル相になるという理論提案や、SSH模型などに代表される系で、量子化された分極に起因する異常な誘電性の理論的提案を行った。
最後に、実験グループと協力して、alpha-RuCl3でのフォノンモードに現れる特異性、RbV3Sb5などでの特異な電荷密度波、BaPtGeのフォノンでの４重ワイル点の観測など様々な成果を、理論の立場からサポートした。
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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
当初の研究計画になかったさまざまな研究の展開ができ、さらに今後の研究につながっていく可能性を拓くことができた。例えば非エルミート系については、我々の構築したnon-Bloch理論の応用例が、特異なスケーリング則やBdG系での特異な物性などの発見につながった。またトポロジカル絶縁体でのkinetic magnetoelectric効果についても、予想以上にまとまった一般的な成果を得ることができ、物質提案まで行うことができた。また実験グループとの共同研究も、我々の研究展開に伴い新たに始めたものであり、そこからさまざまな成果をえることができた。このようにさまざまな面で当初以上に研究が進展したといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
カイラルフォノンの研究や非エルミート系の研究は今後もさまざまな展開が期待でき、引き続き理論研究を行う。基礎理論の構築と、実際の系や物質での実現例の探索を並行して行う。また、今後もトポロジカル物質および物性の開拓を行う。特にトポロジカルな分極は原子軌道からずれた位置に重心を持つ電子雲に対応し、化学結合等の実空間描像とも親和性が高い。群論に基づいた新奇トポロジカル相として有望な空間群の選定、および既約表現に基づく波数空間の電子構造の設計から、電子化物などの実空間において非自明な結合性を示す新材料の設計を目指す。
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