メゾスコピック一次元電子相関（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0147
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 泉田 渉 東北大学, 理学研究科, 助教 (20372287)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: ナノチューブ

研究成果の概要

カーボンナノチューブに代表されるメゾスコピック一次元物質における電子相関を明らかにすることが本研究の目的であった。ナノチューブの表面曲率による微小ギャップやスピン軌道相互作用の効果を取り込んだ有効一次元格子模型を構築し、これをもとに系の電子相関を調べた。レーゲンスブルグ大学（ドイツ）との共同研究により、超伝導相関のもとマヨラナ粒子が現れることを示した。ブダペスト工科経済大学（ハンガリー）との共同研究により、トポロジカルな端状態における電子相関の結果、左右端付近に局在したスピン間に働く相互作用の詳細を明らかとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カーボンナノチューブの研究はこれまでも盛んになされていたが、量子伝導領域にはナノチューブ表面が曲率を有することに起因した多彩な量子効果が本研究により明らかにされた。本研究で明らかにされた効果は、量子コンピュータなどの次世代電子素子としての新機能を示すことになる。このような点が、本研究成果の学術的意義・社会的意義として挙げられる。

研究成果

• [国際共同研究] レーゲンスブルグ大学(ドイツ) (2017)
• [雑誌論文] Transverse profile and three-dimensional spin canting of a Majorana state in carbon nanotubes (2019)
  • 著者名/発表者名: Milz Lars縲！zumida Wataru縲；rifoni Milena縲｀arganska Magdalena
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.155417
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Topological classification of single-wall carbon nanotube (2019)
  • 著者名/発表者名: Rin Okuyama, Wataru Izumida, Mikio Eto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.115409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topology in single-wall carbon nanotube of zigzag and armchair type (2018)
  • 著者名/発表者名: Rin Okuyama, Wataru Izumida, and Mikio Eto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 969 ページ: 0121371-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012137
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Majorana quasiparticles in semiconducting carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Marganska, L. Milz, W. Izumida, C. Strunk, M. Grifoni
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.075141
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Topology and zero energy edge states in carbon nanotubes with superconducting pairing (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Izumida, L. Milz, M. Marganska, M. Grifoni
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.125414
  • NAID: 130007646335
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic and optical properties of single wall carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Saito, A. R. T. Nugraha, E. H. Hasdeo, N. T. Hung, W. Izumida
  • 雑誌名: Topics in Current Chemistry 巻: 375 号: 1
  • DOI: 10.1007/s41061-016-0095-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] カーボンナノチューブの離散準位 (2016)
  • 著者名/発表者名: 泉田 渉
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 51 ページ: 815-823
  • NAID: 40021038206
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Topological Phase Transition in Metallic Single-Wall Carbon Nanotube (2016)
  • 著者名/発表者名: Rin Okuyama, Wataru Izumida, and Mikio Eto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 1 ページ: 013702-013702
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.013702
  • NAID: 40021057626
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Nanorotor driven by spin injection (2019)
  • 著者名/発表者名: W. Izumida, R. Okuyama, K. Sato, M. Matsuo, T. Kato
  • 学会等名: International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Analytic Expression for Topological Number in Single-Wall Carbon Nanotube (2019)
  • 著者名/発表者名: Rin Okuyama, Wataru Izumida, Mikio Eto
  • 学会等名: APPC 2019 14TH ASIA-PACIFIC PHYSICS CONFERENCE
  • 国際学会
• [学会発表] Topologically Protected Giant End Spins in Carbon Nanotubes (2019)
  • 著者名/発表者名: Gergely Zarand, Pascu Moca, Wataru Izumida, Balazs Dora, Ors Legeza
  • 学会等名: DPG Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンナノチューブにおけるトポロジカルな特性の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 御代田 宗佑, 田中 翼汰, 田中 惣基, 泉田 渉, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 第６２回日本大学工学部学術研究報告会
• [学会発表] カーボンナノチューブにおけるバリスティック伝導特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安中 大樹, 小綿 新, 秋葉 圭一郎, 長瀬 勝美, 平山 祥郎, 泉田 渉, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 第６２回日本大学工学部学術研究報告会
• [学会発表] カーボンナノチューブ FET における弾道輸送的伝導特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安中 大樹, 小綿 新, 泉田 渉, 長瀬 勝美, 平山 祥郎, 秋葉 圭一郎, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 2019年（令和元年）応用物理学会東北支部 第 74 回学術講演会
• [学会発表] カーボンナノチューブにおけるトポロジカルな性質の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 御代田 宗佑, 田中 翼汰, 田中 惣基, 泉田 渉, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 2019年（令和元年）応用物理学会東北支部 第 74 回学術講演会
• [学会発表] Majorana states in carbon nanotubes (2019)
  • 著者名/発表者名: Magdalena Marganska, Lars Milz, Wataru Izumida, Christoph Strunk, Milena Grifoni
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブを用いたトランジスタの電気伝導特性の微分負性抵抗の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安中 大樹, 御代田 宗佑, 羽田野 剛司, 泉田 渉, 長瀬 勝美, 平山 祥郎, 秋葉 圭一郎
  • 学会等名: 平成30年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会
• [学会発表] 直列2重量子ドットにおける熱支援四重項パウリブロッケード (2019)
  • 著者名/発表者名: 近藤 皆斗, 泉田 渉, 天羽 真一, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 日本物理学会2019年年次大会
• [学会発表] Topological properties in single-wall carbon nanotube of any possible chilarities (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 二重量子ドットにおける四重項スピンブロッケードの温度効果と電子状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤 皆斗, 磯野 巽, 三瓶 靖典, 泉田 渉, 天羽 真一, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部第73回学術講演会
• [学会発表] 二重量子ドットにおけるスピンブロッケードの温度効果と電子状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤 皆斗, 磯野 巽, 三瓶 靖典, 泉田 渉, 天羽 真一, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 第６１回日本大学工学部学術研究報告会
• [学会発表] カーボンナノチューブを用いたトランジスタの 電気伝導特性の微分負性抵抗の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安中 大樹, 大和田 卓也, 岸 裕輔, 御代田 宗佑, 秋葉 圭一郎, 長瀬 勝美, 平山 祥郎, 泉田 渉, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 第６１回日本大学工学部学術研究報告会
• [学会発表] 直列二重量子ドットの電気伝導特性の温度効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤 皆斗, 枝松 弘樹, 小室 貴優, 泉田 渉, 天羽 真一, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 平成３０年東北地区若手研究者研究発表会「音・光・電波・エネルギー・システムとその応用」
• [学会発表] Majorana bound states in semiconducting carbon nanotubes - Part I (numerics) (2018)
  • 著者名/発表者名: Magdalena Marganska, Lars Milz, Wataru Izumida, Christoph Strunk, Milena Grifoni
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Majorana bound states in semiconducting carbon nanotubes - Part II (analytics) (2018)
  • 著者名/発表者名: Lars Milz, Magdalena Marganska, Wataru Izumida, Christoph Strunk, Milena Grifoni
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] トポロジーによるカーボンナノチューブの分類 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥山 倫, 泉田 渉, 江藤 幹雄
  • 学会等名: 日本物理学会2018年年次大会
• [学会発表] 超伝導相関を有するカーボンナノチューブのゼロエネルギー状態とトポロジー (2018)
  • 著者名/発表者名: 泉田 渉, Lars Milz, Magdalena Marganska, Milena Grifoni
  • 学会等名: 日本物理学会2018年年次大会
• [学会発表] Single-wall carbon nanotube as topological insulator: Phase transition and bulk-edge correspondence (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: International Conference on Topological Materials Science 2017 (TopoMat2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Topological invariant and phase transition in single-wall carbon nanotube (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: Majorana States in Condensed Matter: Towards Topological Quantum Computation (MAJONEXT2017
  • 国際学会
• [学会発表] Topological invariants in carbon nanotubes with superconducting pairing (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Izumida, Magdalena Marganska, Lars Milz, Milena Grifoni
  • 学会等名: Boundary Effects and Correlations in One-Dimensional Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Topological phase transition and edge states in metallic single-wall carbon nanotube (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: Boundary Effects and Correlations in One-Dimensional Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Topology in single-wall carbon nanotube of zigzag and armchair type (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
  • 国際学会
• [学会発表] Properties of Single-Wall Carbon Nanotube as a Topological Insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: Mesoscopic Transport and Quantum Coherence 2017
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンナノチューブにおけるトポロジカル相転移II (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山 倫, 泉田 渉, 江藤幹雄
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Topology of zero energy edge states in carbon nanotubes with proximity induced superconductivity (2017)
  • 著者名/発表者名: W. Izumida, M. Marganska, L. Milz and M. Grifoni
  • 学会等名: International Symposium on Hybrid Quantum System 2017 (HQS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Topological properties in single-wall carbon nanotube: effective one-dimensional lattice model approach (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: International Symposium on Hybrid Quantum System 2017 (HQS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 縦型2重量子ドットにおけるスピンブロッケードの温度効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤 皆斗, 枝松 弘樹, 小室 貴優, 泉田 渉, 天羽 真一, 羽田野 剛司
  • 学会等名: 第６０回日本大学工学部学術研究報告会
• [学会発表] Topological phase transition in metallic single-wall carbon nanotube induced by magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: Rin Okuyama, Wataru Izumida, Mikio Eto
  • 学会等名: APS March meeting
  • 発表場所: New Orleans, LA, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Edge states and topology in finite-length single-wall carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Mikio Eto, Riichiro Saito
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 発表場所: Technische Universitaet Dresden, Dresden, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Topological invariants in carbon nanotubes with superconducting pairing (2017)
  • 著者名/発表者名: Lars Milz, Magdalena Marganska, Wataru Izumida, Milena Grifoni
  • 学会等名: DPG Spring Meeting
  • 発表場所: Technische Universitaet Dresden, Dresden, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンナノチューブにおけるトポロジカル相転移 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥山 倫, 泉田 渉, 江藤幹雄
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（豊中キャンパス）（大阪府・豊中市）
• [学会発表] Valley coupling and edge modes in finite-length single-wall carbon nanotubes (2016)
  • 著者名/発表者名: Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Riichiro Saito
  • 学会等名: 22nd International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics
  • 発表場所: Jozankei View Hotel（北海道・札幌市）
  • 国際学会
• [学会発表] Discrete energy levels and topology in finite-length carbon nanotubes (2016)
  • 著者名/発表者名: Wataru Izumida
  • 学会等名: German-Japanese Meeting on the Science of Hybrid Quantum Systems
  • 発表場所: dbb Forum, Berlin, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Angular momentum and topology in finite-length single-wall carbon nanotubes (2016)
  • 著者名/発表者名: Wataru Izumida, Rin Okuyama, Ai Yamakage, Riichiro Saito
  • 学会等名: The Seventeenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • 発表場所: University of Vienna, Austria
  • 国際学会
• [学会発表] Effective one-dimensional lattice model for single-wall carbon nanotubes with spin-orbit interaction and curvature effects (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Okuyama, W. Izumida, M. Eto
  • 学会等名: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • 発表場所: Kobe International Conference Center（兵庫県・神戸市）
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンナノチューブの離散準位と谷状態の角運動量 (2016)
  • 著者名/発表者名: 泉田 渉, 奥山 倫, 山影 相, 齋藤 理一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（角間キャンパス）（石川県・金沢市）
• [備考]
  • URL: http://flex.phys.tohoku.ac.jp/~izumida/
• [備考]
  • URL: http://flex.phys.tohoku.ac.jp/~izumida/
• [学会・シンポジウム開催] Boundary effects and correlations in one-dimensional systems (2017)