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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Theoretical study on physical properties of moiré meta-materials

Research Project

Project/Area Number 20H01840
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

越野 幹人  大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60361797)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 川上 拓人  大阪大学, 大学院理学研究科, 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 / ファンデルワールスヘテロ接合 / トポロジカル物性
Outline of Annual Research Achievements

(1) ツイスト3層グラフェンにおける格子緩和による超モアレドメイン理論:近年進展著しいモアレ物質の研究においては、現在に至るまで研究の主な対象は単一のモアレ周期を持つツイスト二層系であった。一方で3層以上のツイスト系では複数のモアレ周期によって準周期的な空間構造をもたらし、従来の固体物理の手法では解析が困難であるとされてきた。ここでは準周期的構造をもつツイスト3層グラフェンを取り扱う系統的理論を初めて構築し、格子緩和によるマルチスケール・超モアレドメイン形成およびそれにトポロジカル電子状態の出現を発見した。一見複雑なドメイン形成は仮想的なモアレ原子の相互作用によって定性的に説明できることも明らかにした。
(2) 3次元グラファイトのツイスト界面での電気伝導:モアレ長周期構造は2次元物質に限らず、3次元の層状物質を回転して重ねることでも生じる。ここでは3次元グラファイトにおける回転積層欠陥に注目し、面直方向の電気伝導を理論的に計算した。界面にはツイスト二層グラフェンの平坦バンドに類似した界面局在状態を生じ、電気伝導にファノ共鳴をもたらすこと明らかにした。
(3) グラフェンナノリボン(GNR)における磁壁構造とソリトン電子状態:ジグザグ端をもつGNRはエッジ状態と呼ばれる平坦なバンドを生じ、電子間相互作用のもとでは自発的に強磁性的な秩序を生じることが知られている。ここではこの状態に電荷をドープしたときの基底状態を平均場近似で求め、その結果トポロジカル電子状態をもつ磁壁を自発的に生じることを明らかにした。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 13 results)

  • [Int'l Joint Research] Manchester University(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Manchester University
  • [Int'l Joint Research] Korea Institute of Advanced Study(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Korea Institute of Advanced Study
  • [Int'l Joint Research] NYU Shanghai(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      NYU Shanghai
  • [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Max Planck Institute
  • [Journal Article] Chemically Tailored Semiconductor Moire Superlattices of Janus Heterobilayers2024

    • Author(s)
      Zhang Wenjin et al
    • Journal Title

      Small Structures

      Volume: 5 Pages: 2300514

    • DOI

      10.1002/sstr.202300514

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonlinear Landau Fan Diagram for Graphene Electrons Exposed to a Moir? Potential2024

    • Author(s)
      Moon Pilkyung、Kim Youngwook、Koshino Mikito、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Smet Jurgen H.
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 24 Pages: 3339~3346

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.3c04444

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Topological domain walls in graphene nanoribbons with carrier doping2023

    • Author(s)
      Kawakami Takuto、Tamaki Gen、Koshino Mikito
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 45401

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.045401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical properties of 2D metal organic and covalent organic frameworks with non trivial topological band dispersion2023

    • Author(s)
      Kapri Priyadarshini、Kawakami Takuto、Koshino Mikito
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: 228 Pages: 112282~112282

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2023.112282

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Magnetic monopole becomes dyon in topological insulators2023

    • Author(s)
      Aoki Shoto、Fukaya Hidenori、Kan Naoto、Koshino Mikito、Matsuki Yoshiyuki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 155104

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.155104

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Perpendicular electronic transport and moir?-induced resonance in twisted interfaces of three-dimensional graphite2023

    • Author(s)
      Tani Tenta、Kawakami Takuto、Koshino Mikito
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 165422

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.165422

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multiscale Lattice Relaxation in General Twisted Trilayer Graphenes2023

    • Author(s)
      Nakatsuji Naoto、Kawakami Takuto、Koshino Mikito
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 13 Pages: 41007

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.13.041007

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Topological moire trilayers2024

    • Author(s)
      Mikito Koshino
    • Organizer
      Workshop Materials for Quantum Electronics (Mat4QE)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 二次元材料のモアレ物性科学の基礎2024

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      応用物理学会2024春季講演会 チュートリアル講演
    • Invited
  • [Presentation] "モアレ準結晶の電子状態: トポロジカル不変量と4次元ホール効果"2024

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      第11回 統計物理学懇談会
    • Invited
  • [Presentation] Moire phonons in twisted materials2023

    • Author(s)
      Mikito Koshino
    • Organizer
      6th EU-Japan Workshop on Graphene and Related 2D Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Topological gap labeling in moire quasicrystals2023

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      東大物性研究所 理論セミナー
    • Invited
  • [Presentation] モアレ物質における格子緩和とモアレフォノン2023

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      名古屋大学研究会「強相関電子系のフロンティア」
    • Invited
  • [Presentation] Exploring Moire 2D Materials and Topological Quasicrystals2023

    • Author(s)
      Mikito Koshino
    • Organizer
      ICTP summer school called "New Trends in Modern Quantum Science
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] モアレ二次元物質の物性理論2023

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
    • Invited
  • [Presentation] Topological moire trilayers2023

    • Author(s)
      Mikito Koshino
    • Organizer
      BIRS Workshop “The Mathematics and Physics of Moire Superlattices"
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Topological moire trilayers2023

    • Author(s)
      Mikito Koshino
    • Organizer
      Asia-Pacific Conference on Condensed Matter Physics (AC2MP) 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] グラフェンの物理学: 厚さ100万分の1mmの物質2023

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      グラフェンの物理学: 厚さ100万分の1mmの物質
    • Invited
  • [Presentation] トポロジカル物質の不思議2023

    • Author(s)
      越野幹人
    • Organizer
      第37回湯川記念講演会「現代物理学の最前線」
    • Invited
  • [Presentation] Topological moire trilayers2023

    • Author(s)
      Mikito Koshino
    • Organizer
      Recent Progress in Graphene Research and 2D materials (RPGR2023)
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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