2021 Fiscal Year Annual Research Report
反強磁性体における高次トポロジカル相に由来した新奇物性の理論的探索
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21J22264
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 悠太朗 東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 高次トポロジカル相 / 高次ワイル半金属 / トポロジカル結晶絶縁体 / 平衡結晶形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、磁性体における高次トポロジカル相と高次トポロジカル相と深く関係したトポロジカル相であるトポロジカル結晶絶縁体に関する研究を行った。以下にその二つをまとめる。
(1)磁性体における新しいタイプの高次トポロジカル相として、回転対称性と反転対称性を組み合わせた回反対称性という結晶の対称性に守られた高次ワイル半金属の理論提案を行った。この高次ワイル半金属は、ワイル半金属でありながら、同時に高次トポロジカル絶縁体の特徴の一つとして知られるカイラルヒンジ状態を持つ。我々はバルクの波動関数の持つ対称固有値の観点から、この回反対称性に守られた高次ワイル半金属相が出現する条件を明らかにし、バルクの波動関数の情報とヒンジ状態に対応関係があることを示した。
(2)高次トポロジカル相と深く関係した概念であるトポロジカル結晶絶縁体と呼ばれるトポロジカル相について研究を行った。特にトポロジカル結晶絶縁体の表面状態がその平衡結晶形状にどのような影響を与えるのかに注目した。その結果として、トポロジカル結晶絶縁体の表面状態に由来した表面エネルギーが特異な表面方位依存性を持つことが分かった。さらに、我々はその表面エネルギーがトポロジカル結晶絶縁体の結晶形に影響を与え、特有の平衡結晶形をもたらすことを示した。また、高次トポロジカル相が結晶形に与える影響についても研究した。その結果、磁場をかけることでトポロジカル絶縁体から高次トポロジカル絶縁体に変化する時に、結晶形が大きく変化することがわかった。
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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
回反対称性に守られた高次ワイル半金属相の理論提案を行い、その成果を査読付き論文として出版できたため。それに加えて、トポロジカル結晶絶縁体の結晶形の研究についても、その成果を論文にまとめて論文誌に投稿しており、現在査読中である。今までのトポロジカル物質の研究は、主に表面状態と電磁応答に関する研究が主であり、トポロジカル相の結晶の形状への影響は今まで全く研究されてこなかった。トポロジカル相と結晶形の関係について明らかにできたことは、トポロジカル物質、結晶成長、材料科学といった研究分野における新しい視点をもたらすことができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでは、グライド対称性という対称性に保護されたトポロジカル結晶絶縁体の結晶形について研究してきたが、これが他のトポロジカル結晶絶縁体やトポロジカル半金属の場合にはどのようなことが起こるのかについてはまだ不明である。したがって、今後は他のタイプのトポロジカル物質の結晶形について研究を進めいていく。また、現在はモデルハミルトニアンを使った計算を用いて結晶形の議論を行っているが、今後は第一原理計算に基づく現実の物質に即した計算も行っていこうと考えている。
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