2020 Fiscal Year Research-status Report
Numerical study of critical phenomena in disordered topological quantum systems
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19K14607
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小林 浩二 東北大学, 金属材料研究所, 特任助教 (10711905)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トポロジカル量子系 / 臨界現象 / 量子相転移 / 輸送現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
乱れのあるDirac/Weylセミメタルにおける輸送特性及び臨界現象について研究を行った。本年度は、昨年度に引き続き乱れたDirac/Weylセミメタルにおける弾道的輸送特性を調べ、その成果発表を行った。また、トポロジカルDiracセミメタルにおける強磁性電極誘起ホール効果に関する研究に取り組んだ。
乱れたDirac/Weylセミメタルにおける弾道的輸送特性については、その性質を数値シミュレーションにより詳細に明らかにし、またセミメタル-金属相転移点における臨界指数を見積もった。これらの成果について論文にまとめ、複数の国際会議で講演を行った。本研究成果はその物理的意義のみならず、新しく提案した数値計算手法に関しても反響があった。
強磁性電極誘起ホール効果は、トポロジカルDiracセミメタルに強磁性体の電極を接続し、その磁化を制御することで現れるホール効果である。通常の物質では、この効果は試料そのものに外部磁場もしくは磁化を与える方法に比べ微弱な効果となるが、トポロジカルDiracセミメタルではこれが顕著に表れ、特にハーフメタル電極を用いると100%近い理想的なホール角（印加電圧と出力ホール電圧の比）が得られることを発見した。特に、向かい合う電極の磁化を平行／反平行にすることでホール効果をＯＮ／ＯＦＦできることから、スピントロニクスデバイスへの応用も期待される。本結果はトポロジカルDiracセミメタルの最小モデルだけでなく、第一原理計算から見積もられた物質パラメータを用いた有効モデルや、２次元量子スピンホール系においても同様に大きなホール角が得られることを示した。これは本研究において発見された強磁性電極誘起ホール効果が、ヘリカル表面状態を持つ系において普遍的に見られることを示唆している。
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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
乱れたDirac/Weylセミメタルにおける弾道的輸送特性の研究については、視覚的にもインパクトのある結果が得られたことから国際会議講演、投稿論文共に好意的な反響があった。
強磁性電極誘起ホール効果については、シンプルな方法でホール効果の大きさや符号を制御でき、さらに大きなホール角が実現できるという応用上非常に有利な性質を示す事に成功した。論文の出版は当初の予定よりも遅れているが、今後の応用と発展が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
慣習的に、Dirac/Weylセミメタルの性質はゼロエネルギーのDirac点直上における特異な性質（状態密度の消失など）をもとに議論されることが多い。一方でこれまで本研究課題で用いてきた手法を用いると、ゼロエネルギーに限らず有限エネルギー領域における性質も知ることが可能である。今後は、有限エネルギーの領域における乱れたDirac/Weylセミメタルの性質についても詳しく調べる予定である。
また、強磁性電極誘起ホール効果については基礎的な部分を論文にまとめて出版する。その後、電極の磁気構造をより広汎なものに拡張するなど、さらに発展させた研究を行う。
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| Causes of Carryover |
COVID-19感染拡大に伴い国際会議及び国内学会の現地開催が中止されたため、本年度は旅費支出が無かった。次年度も出張が困難な場合は、当該助成金はリモートワーク環境の充実に使用する。
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