2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study on physical properties of moiré meta-materials
| Project/Area Number |
20H01840
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
越野 幹人 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60361797)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 拓人 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00750895)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 二次元物質 / グラフェン / モアレ超格子 / 黒リン / トポロジカル物性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はモアレ系及びモアレ準結晶の理論研究を推進した。
(1)モアレ準結晶の物理学の構築：hBN/graphene/hBNの３層系での電子状態を計算し、無磁場にも関わらず、二つのモアレ模様の干渉によってHofstadter butterfly型のスペクトルが現れることを見出した。さらに、スペクトル内にフラクタル状に現れるエネルギーギャップが、複数の第２Chern数と呼ばれるトポロジカル数によって特徴づけられることを示した。これは擬ブリルアンゾーンの面積という物理的意味を持つと同時に、形式的なマッピングにより、高次元の量子ホール効果と対応することを明らかにした。この論文に引き続き、これらの概念が３次元準結晶に拡張できることを見出し、エネルギーギャップが第３Chern数でラベルされることも見出した。これのトポロジカルな概念は、二次元物質を超え、任意の準結晶に拡張できるという意味で大きな意義のある結果である。
(2) 一次元二重壁カーボンナノチューブにおける電子状態と光吸収実験：二重壁カーボンナノチューブにおけるモアレ干渉模様が電子状態に与える影響を調べ、独立なチューブと大きく異なった光吸収スペクトルを出すことを理論的に示し、また実際の実験との光吸収の実験との対応を確かめた。浙江大学、名古屋大学との共同論文。
(3) 二次元物質黒リン、青リンのエッジ状態とコーナー状態の理論：リンの二次元物質である黒リン、青リンがトポロジカル物質であることを示し、非自明なトポロジーに起因して試料端のエッジやコーナーに局在状態が現れることを系統的に示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
モアレナノマテリアルに典型的に現れる準周期系はバンド理論がないために一般に理論的な記述が困難であるが、今年度はバンドとギャップの生成原理の根幹に関わるトポロジカル数の特定に関する３篇の論文を出版し、理解が大きくすすめることができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
来年度はグラフェンを超えた物質へのモアレ系の展開として、トポロジカル絶縁体のツイスト系の理論、さらに電子系を超えたモアレフォノンの物理、非一様格子歪みの理論に取り組む。同時に、ブロッホの定理の成り立たない準周期物質を扱う理論体系の構築を目指し、擬バンド理論による電子構造の記述、また光学伝導度の計算、ランダウ準位の導出法の開発を行う。
|
