2019 Fiscal Year Research-status Report
Physical properties and control of topological materials strongly coupled with light in non-equilibrium and excited states
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19K03695
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
日野 健一 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90228742)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フロケトポロジカル絶縁体 / acシュタルク効果 / バンド反転 / ディラック半金属 / フロケエンジニアリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非平衡状態におけるトポロジカル秩序の形成と光制御の探究を目的として、フロケ状態のトポロジカル物性の解明を行った。具体的には、タイプIII半導体量子井戸（HgTe/CdTe)を時間周期性を有する連続波レ―ザーによって駆動し、光誘起バンド反転によって引き起こされる擬平衡系のフロケトポロジカル絶縁体（FTI)の多様なトポロジカル秩序の形成と光制御、とりわけ2次元ディラック錐を有するディラック半金属の発現の可能性を調べた。ここでは、当該のFTIを2次元トポロジカル物質を記述する模型の一つであるBHZモデルに基づいて記述し、バンド間光遷移の支配項であるs-p軌道間双極子遷移項およびスピン軌道相互作用を導入した模型を構築し、数値計算に基づき理論解析した。
以下に、主な結果を列挙する。(1) 印加レーザーのピーク電場Fxの増大に伴い、フロケバンド構造にs-p軌道間双極子遷移項に起因するサブバンド間のacシュタルク分裂が顕著になり、分裂したバンド間のバンド反転が引き起こされることが分かった。この機構の詳細を理解するため解析模型を構築し、その起因を明らかにした。(2) Fxが特定の大きさのとき、第1ブリユアンゾーンのX1点(π,0)、X2点(0,π)、Γ点(0,0)においてバンド4重縮退が生じ、2次元バルクにおけるディラック錐の形成が見い出された。これは、通常のディラック半金属と異なり、空間群における非共形対称性を有することなく時間反転対称性にのみ保持された新規なトポロジカル相「フロケデイラック半金属」であることを示唆している。(3)これらのディラック錐形成前後のFxにおいてフロケバンドはエネルギーギャップを有し、表面状態にはトポロジカル相転移が確認された。(4)さらに、X1点でのフロケディラック半金属の表面状態にディラック交差が形成されていることを見出した。
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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
当初の研究計画に関して、当該年度実施の研究は学術論文投稿の準備段階まで辿り着いているので、研究は概ね順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当面は、当該年度の研究結果を投稿するための準備を行う。具体的には、新たに見出したフロケディラック半金属の対称性に基づいた考察を完備したうえで投稿する予定である。この研究のフォローアップとして、当該系の物理を実験として見い出す可能性を示すため、フロケトポロジカル絶縁体に弱プローブ光を照射し、動的な光吸収スペクトルを調べることにより、擬平衡系のトポロジカル相転移の詳細を解明する計画である。さらに、今回のフロケディラック半金属の発見を踏まえ、光制御によるワイル半金属やラインノード半金属などの斬新なテーマを推進する予定である。
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| Causes of Carryover |
国外開催の国際学会出席を計画していたが、新型コロナウィルス感染リスクを回避するため参加を見合わせたため（結果的に当該学会は中止になった）。翌年度の国際学会もしくは国内学会への参加旅費として計上加算する計画である。
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