量子スピンホール効果の新奇物性探索とデザイン

• 研究課題/領域番号: 22540327
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 村上 修一 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (30282685)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2013年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2011年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2010年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: トポロジカル絶縁体 / 表面状態 / 輸送現象 / 熱電変換 / 量子ホール系

研究成果の概要

３次元トポロジカル絶縁体の結晶転位上の１次元状態が熱電変換性能指数を低温で増大させることを見いだした。またトポロジカル絶縁体同士の界面では、表面状態の混成で界面状態を形成するが、通常と異なり、表面ディラックコーンのカイラリティに依存してギャップレスになることを見いだした。また「界面対称性」という特異な対称性がある場合には、界面状態のギャップが線上で閉じる特異なバンド構造を示すことを見出した。またワイル半金属相について、そのアーク状の表面状態が示すバンド分散、その系のパラメタ変化に対する変化、表面終端依存性を理論的に見いだした。

研究成果

• [雑誌論文] Completely flat bands and fully localized states on surfaces of anisotropic diamond-lattice models (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋隆志、村上修一
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 23 ページ: 2353031-9
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.235303
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermoelectric transport in topological insulators (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Takahashi and Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Semicond. Sci. Technol. 巻: 27 号: 12 ページ: 124005-124005
  • DOI: 10.1088/0268-1242/27/12/124005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-torque efficiency enhanced by Rashba spin splitting in three dimensions (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Tsutsui and Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.115201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gapless Interface States between Topological Insulators with Opposite Dirac Velocities (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Takahashi, Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 107 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.166805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Currents Induced by Nonuniform Rashba-Type Spin-Orbit Field (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Tsutsui, Akihito Takeuchi, Gen Tatara, Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: VOL.80 号: 8 ページ: 084701-084701
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.084701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric figure of merit in topological insulators (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Takahashi, Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 302 ページ: 012026-012026
  • DOI: 10.1088/1742-6596/302/1/012026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric transport of perfectly conducting channels in two- and three-dimensional topological insulators (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami, Ryuji Takahashi, O A Tretiakov, Ar Abanov, Jairo Sinova
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 334
  • 査読あり
• [雑誌論文] 隠れた位相-ホール効果と幾何学的位相 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村上修一
  • 雑誌名: 数理科学 巻: 577 ページ: 53-58
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disordered topological quantum critical points in three-dimensional systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Shindou, Ryota Nakai, Shuichi Murakami
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large thermoelectric figure of merit for three-dimensional topological Anderson insulators via line dislocation engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: O.A.Tretiakov, Ar.Abanov, S.Murakami, J.Sinova
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97
  • 査読あり
• [学会発表] 2次元トポロジカル絶縁体半平面での固有状態とエッジスピン状態の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐々木健二, 村上修一
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス(大阪府)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 長距離不純物を含むグラフェンにおける弱磁場ホール効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野呂昌生, 安藤恒也, 村上修一
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス(大阪府)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Nonlinear optical responses to circularly polarized lights of the surface state of a topological insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Misawa, Takehito Yokoyama, Shuichi Murakami
  • 学会等名: APS March Meeting 2012
  • 発表場所: Boston, U.S.A.
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] トポロジカル絶縁体表面のディラック電子系のスピン輸送 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村上修一
  • 学会等名: 東邦大学物理学科、東邦大学複合物性研究センター共催シンポジウム「ディラック電子とスピントロニクス」
  • 発表場所: 東邦大学習志野キャンパス(千葉県)
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] トポロジカル絶縁体表面電子の円偏光に対する非線形応答 (2011)
  • 著者名/発表者名: 三澤哲郎, 横山毅人, 村上修一
  • 学会等名: 第16回半導体スピン工学の基礎と応用PASPS-16
  • 発表場所: 東京工業大学百年記念館(東京都)
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 3次元ラシュバ系におけるスピントルクとその効率 (2011)
  • 著者名/発表者名: 筒井一尋、村上修一
  • 学会等名: 第16回半導体スピン工学の基礎と応用PASPS-16
  • 発表場所: 東京工業大学百年記念館(東京都)
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] Spin Hall effect of electron and light (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami
  • 学会等名: International Conference "Spins & Photonic Beams at Interface"
  • 発表場所: Minsk, BELARUS
  • 年月日: 2011-09-25
• [学会発表] Semiclassical Dynamics of Magnon Wavepacket and Magnon Hall Effect in Ferromagnets (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami, Ryo Matsumoto
  • 学会等名: PIERS2011
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2011-09-12
• [学会発表] Gapless states in a junction plane between two topological insulators with opposite chiralities (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Takahashi, S.Murakami
  • 学会等名: spintech6
  • 発表場所: くにびきメッセ(島根県)
  • 年月日: 2011-08-03
• [学会発表] Surface and interface gapless states of topological insulators (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: the 3rd International Workshop on Quantum Condensation (QC11)
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2011-07-14
• [学会発表] トポロジカル絶縁体のエッジ状態・表面状態による輸送現象 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村上修一、和田真樹、三澤哲郎
  • 学会等名: 第15回半導体スピン工学の基礎と応用/PASPS15
  • 発表場所: 筑波大学計算科学研究センター(茨城県)
  • 年月日: 2010-12-21
• [学会発表] トポロジカル絶縁体での特異な熱電輸送の理論的探索 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村上修一
  • 学会等名: 第5回KEK連携研究会「熱電変換材料と新規機能物質」
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県)
  • 年月日: 2010-12-18
• [学会発表] Topological numbers and phase transitions in topological insulators (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami
  • 学会等名: Statistical Physics of Quantum Systems
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Bismuth and bismuth-antimony alloy as topological insulators (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami
  • 学会等名: SSSJ-A3 Foresight Joint Symiposium on Nanomaterials and Nanostructures
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2010-07-05
• [学会発表] Thermoelectric transport in quantum spin Hall systems (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami
  • 学会等名: Progress in Spintronics and Graphene Research
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] 非ラシュバ型表面状態によって生じる新奇なスピン物性の理論的研究
  • 著者名/発表者名: 中陳 巧勤、村上 修一
  • 学会等名: 第7回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] ワイル半金属相とトポロジカル絶縁体相の相転移 に伴う表面状態の変化
  • 著者名/発表者名: 奥川 亮、村上 修一
  • 学会等名: 第7回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] Topological spin transport in metals and ferromagnetic insulators
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: Gordon Godfrey Workshop on Strong Electron Correlations 2013
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 招待講演
• [学会発表] Spin-orbit Coupling in Topological Insulators
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: International Symposium on Computational Science 2013
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Topological spin currents in solids
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: 12th Japanese-German Symposium: Emergent Phenomena in Novel Quantum Phases of Condensed Matter
  • 発表場所: Izu, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Gapless Interface States between Topological Insulators with Opposite Signs of Dirac Velocities
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami and Ryuji Takahashi
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Fermi loop in interface states and surface flat bands in diamond lattice models
  • 著者名/発表者名: Ryuji Takahashi and Shuichi Murakami
  • 学会等名: APS March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] Gapless interface states between two topological insulators with crystallographic rotational symmetry
  • 著者名/発表者名: Ryuji Takahashi and Shuichi Murakami
  • 学会等名: International Symposium "Nanoscience and Quantum Physics 2012"
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Spin-torque efficiency and magnetization reversal in three-dimensional Rashba materials
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Tsutsui and Shuichi Murakami
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism with Strongly Correlated Electron Systems 2012
  • 発表場所: Busan, Korea
• [学会発表] 異なる符号のスピン軌道相互作用に挟まれた接合面におけるFermiループ
  • 著者名/発表者名: 高橋隆志、村上修一
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
• [学会発表] ２次元トポロジカル絶縁体における一般のエッジ方向でのエッジスピン状態とその伝導特性
  • 著者名/発表者名: 佐々木健二、村上修一
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
• [学会発表] 異符号のスピン軌道相互作用を持つトポロジカル絶縁体の接合における特異な界面エネルギー状態
  • 著者名/発表者名: 高橋隆志、村上修一
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [学会発表] 2 次元トポロジカル絶縁体のエッジ状態のスピン方向とポイントコンタクトでのスピンの混成
  • 著者名/発表者名: 佐々木健二、村上修一
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [図書] スピン流とトポロジカル絶縁体―量子物性とスピントロニクスの発展― (2013)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 英治、村上 修一
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: 共立出版
• [図書] "Quantum spin Hall effect and topological insulators", Spin Current (Series on Semiconductor Science and Technology 17) (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami and Takehito Yokoyama
  • 総ページ数: 442
  • 出版者: Oxford University Press