新奇なスピン－軌道配置のバルク及び表面状態へのスピン流注入と応答現象

• 研究課題/領域番号: 13J03230
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• 研究機関: 京都大学 (2014-2015); 大阪大学 (2013)
• 研究代表者: 江口 学 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,320千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: トポロジカル絶縁体 / ディラック/ワイル半金属 / ディラック錐 / 輸送特性 / 散乱機構 / 幾何学位相 / バルク絶縁性 / 表面輸送特性 / 二次元量子振動 / バルク・ラシュバ型結晶 / スピン軌道相互作用 / 動的スピン流注入法 / 表面ディラック錐 / 電子輸送特性 / 2次元量子振動

研究実績の概要

三次元トポロジカル絶縁体、ディラック/ワイル半金属を含む「ディラック電子系」における電子・スピン輸送特性に関する知見を深めた。特に電子輸送について、厳密な解析手法を提案してその有用性を実証し、最終的に報告されている当該物質群を包括する模型の構築に成功した。本物質群は電荷輸送における相対論効果をはじめとし、多彩な量子輸送現象の舞台として大きな注目を浴びている。しかし同時に、適切とは言い難い推論や過剰な主張が全体像を見えにくくしている印象を受ける。新しい手法では理論模型に依存しない特性値を明確にする。従って実験結果のみから模型の妥当性を判定できる利点を持つ。またこの手法は半世紀に渡り不可能と考えられていた限界について新しいパラダイムを与えるものであり、今後他方面への応用が期待される。本成果の一部は2015年6月にPhysical Review B誌にRegular Articleとして掲載された。その他、詳細や具体的な応用例に関する論文が数編、査読または執筆中である。
最後に本研究課題のまとめとして、電子状態とスピン流の関係について言及しておく。上記の物質群についてはじめに提案されたのは前者に関する「基底状態におけるスピン偏極」であり、これは分光的手法によって観測可能である。一方でスピン輸送は本質的に非平衡現象であり、観測手法が限られている。この「平衡」状態と「非平衡」状態の物理がしばしば混同されていることが、期待される機能性が得られない一因となっている可能性がある。各々の測定に関する物理を明確にし、それらの関係を注意深く検証することが今後の研究進展に必要と考えられる。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Vienna University of Technology(Austria)
• [雑誌論文] Precise determination of two-carrier transport properties in the topological insulator TlBiSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, K. Kuroda, K. Shirai, Y. Ando, T. Shinjo, A. Kimura and M. Shiraishi,
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 91 号: 23 ページ: 235117-235117
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.235117
  • NAID: 120005670846
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconducting properties of noncentrosymmetric superconductor CaIrSi3 investigated by muon spin relaxation and rotation (2015)
  • 著者名/発表者名: Benjamin A. Frandsen, Sky C. Cheung, Tatsuo Goko, Lian Liu, Teresa Medina, Timothy S. J. Munsie, Graeme M. Luke, Peter J. Baker, Marco P. Jimenez S., Gaku Eguchi, Shingo Yonezawa, Yoshiteru Maeno, and Yasutomo J. Uemura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 1 ページ: 014511-014511
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.014511
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface Shubnikov–de Haas oscillations and nonzero Berry phases of the topological hole conduction in Tl1－x Bi1+x Se2 (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, K. Kuroda, K. Shirai, A. Kimura, M. Shiraishi
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid Communications 巻: 90 号: 20 ページ: 201307-201307
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.201307
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phonon anomaly and anisotropic superconducting gap in noncentrosymme tric Li_2 (Pd_<1-x>)_3B (2013)
  • 著者名/発表者名: 江口学, D. C. Peets, M. Kriener, 米澤進吾, 包桂芝, 原田翔太, 稲田佳彦, 鄭国慶, 前野悦輝
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid Communications 巻: 87 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.161203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence on superconductivity in the parity mixing superconductor Li_2T_3B (T : Pt, Pd) by non-magnetic impurity and defect doping (2013)
  • 著者名/発表者名: 包桂芝, 稲田佳彦, 江口学, 前野悦輝, 市岡優典, 鄭国慶
  • 雑誌名: Physica C 巻: 494 ページ: 95-98
  • DOI: 10.1016/j.physc.2013.04.059
  • 査読あり
• [学会発表] Electric transport studies of chiral spin texture (2016)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi
  • 学会等名: 31. Workshop on Novel materials and superconductivity
  • 発表場所: Obertraun, Austria
  • 年月日: 2016-02-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transport Properties of the Ideal Surface Dirac Cone in the Topological Insulator Tl1-xBi1+xSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, K. Kuroda, K. Shirai, A. Kimura, M. Shiraishi
  • 学会等名: New Trends in Topological Insulators 2015
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Antisymmetric Spin-orbit Texture in Condensed Matter & Topological Insulators (2015)
  • 著者名/発表者名: Gaku Eguchi
  • 学会等名: 3rd ERC Symposium QuantumPuzzle
  • 発表場所: Vienna University of Technology
  • 年月日: 2015-03-31
  • 招待講演
• [学会発表] トポロジカル絶縁体Tl_1-x_Bi_1+x_Se_2_の表面輸送特性と電子散乱機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 江口学, 黒田健太, 白井開渡, 木村昭夫, 白石誠司
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Surface Shubnikov-de Haas oscillations of the topological hole conduction in the bulk insulator Tl1－x Bi1+x Se2 (2015)
  • 著者名/発表者名: GAKU EGUCHI, KENTA KURODA, KAITO SHIRAI, AKIO KIMURA, MASASHI SHIRAISHI
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio Convention Center, Texas, USA
  • 年月日: 2015-03-03
• [学会発表] Reversible electron-hole conduction and surface Shubnikov-de Haas oscillations in the bulk insulator Tl1-xBi1+xSe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, K. Kuroda, K. Shirai, A. Kimura, and M. Shiraishi
  • 学会等名: International conference on topological quantum phenomena 2015 (TQP2015)
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-12-17
• [学会発表] Ideal surface Dirac cone and its transport properties in the topological insulator TlBiSe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Gaku Eguchi, Kenta Kuroda, Kaito Shirai, Akio Kimura, and Masashi Shiraishi
  • 学会等名: THz-PLASMA2014
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-12-01
• [学会発表] タリウム系新奇トポロジカル絶縁体における表面エッジ状態と電気伝導特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 江口 学, 黒田 健太, 白井 開渡, 木村 昭夫, 白石 誠司
  • 学会等名: 第8回 物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-11-21
• [学会発表] Electric transport properties of the thallium-based topological insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: Gaku Eguchi, Kenta Kuroda, Kaito Shirai, Akio Kimura, and Masashi Shiraishi
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials 2014 (SSDM 2014)
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] Transport study of the topological insulator TlBiSe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: 江口学
  • 学会等名: 関西スピントロニクス研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-04-21
• [学会発表] トポロジカル絶縁体TlBiSe_<2>の電子・スピン輸送特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 江口学, 黒田健太, 白井開渡, 木村昭夫, 白石誠司
  • 学会等名: 日本物理学会2014年年次大会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川県)
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] 空間反転対称性の破れた超伝導体Li_<2>(Pd_<1-x>Pt_<x>)_<3>Bにおけるフォノン異常と異方的超伝導ギャップ (2013)
  • 著者名/発表者名: 江口学, D. C. Ppets, M. Kriener, 米滞進吾, 包桂芝, 原田翔太, 稲田佳彦, 鄭国慶, 前野悦輝
  • 学会等名: 新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第4回領域研究会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)
  • 年月日: 2013-12-19
• [学会発表] Rashba-type spin-orbit interaction and superconductivity in bulk crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, H. Watati, T. Sugiyama, E. Ikenaga, S. Yonezawa, Y. Maeno
  • 学会等名: THE 58TH MMM CONFERENCE
  • 発表場所: コロラド州デンバー, アメリカ
  • 年月日: 2013-11-04
• [学会発表] Phonon anomaly and anisotropic superconducting gap in non-centrosymm etric Li_2 (Pd_<1-x>Pt_x)_3B (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Eguchi, D. C. Peets, M. Kriener, S. Yonezawa, G. Bao, S. Harada, Y. Inada, G. -q. Zheng, Y. Maeno
  • 学会等名: 2th International conference on topological quantum phenomena
  • 発表場所: カルチャーリゾートフェストーネ(沖縄県)
  • 年月日: 2013-10-22
• [備考] 所属研究室の個人のページ
  • URL: http://cmp.kuee.kyoto-u.ac.jp/member_detail_eguchi_en.html
• [備考]
  • URL: http://cmp.kuee.kyoto-u.ac.jp/member_detail_eguchi_en.html