電子系とのアナロジーによるトポロジカルな光輸送現象の開拓

• 研究課題/領域番号: 23540380
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 落合 哲行 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料ユニット, 主任研究員 (80399386)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2013年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2012年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 光トポロジカル絶縁体 / トポロジカルフォトニクス / ヘリカルエッジ状態 / カイラルエッジ状態 / 電気磁気光学効果 / 電磁双対性 / 時間反転対称性 / トポロジー / 2重縮退 / 対称性の破れ / フォトニック結晶 / ドメイン壁 / トポロジカルフォトニック状態 / パリティ異常 / domain wall / 光スピン軌道相互作用 / アクシオン / キラル / 光輸送 / 有効ハミルトニアン

研究成果の概要

電子系における量子ホール系やトポロジカル絶縁体における特異な輸送特性を光の系に移植し,
これまでにない光輸送特性を実現するのが本研究の目的である。そのため、磁気光学効果や電気磁気光学効果をもつ物質からなるフォトニック結晶をターゲットとし、電磁場の第一原理計算などにより、系のもつトポロジカルな構造を明らかにした。その結果、様々な特性をもった、光カイラルエッジ状態や光ヘリカルエッジ状態を理論的に実現した。また、なぜそのような結果が得られるのかを系のもつ対称性や自由度の解析と、有効ハミルトニアンを用いて明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Non-reciprocity and topology in optics: one-way road for light via surface magnon polariton (2015)
  • 著者名/発表者名: T.Ochiai
  • 雑誌名: Sci. Technol. Adv. Mater. 巻: 16 号: 1 ページ: 014401-014401
  • DOI: 10.1088/1468-6996/16/1/014401
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Time-Reversal-Violating Photonic Topological Insulators with Helical Edge States (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 84 号: 5 ページ: 054401-054401
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.054401
  • NAID: 40020461519
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Broken Symmetry and Topology in Photonic Analog of Graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai
  • 雑誌名: Int. J. Mod. Phys. B 巻: 28 号: 02 ページ: 1441004-1441004
  • DOI: 10.1142/s0217979214410045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral Domain-Wall States in a Quadratic Hamiltonian (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 号: 5 ページ: 054705-054705
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.054705
  • NAID: 210000132867
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photonic realization of the (2+1)-dimensional parity anomaly (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.075152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of Light Scattering in Axion Electrodynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 号: 9 ページ: 094401-094401
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.094401
  • NAID: 40019415505
  • 査読あり
• [学会発表] 時間反転対称性を破る光トポロジカル絶縁体 (2015)
  • 著者名/発表者名: 落合哲行
  • 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: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Photonic analog of graphene: novel functions inspired by condensed matter physics (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Ochiai
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego Convention Center
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] 電子線によるグラフェンプラズモンの励起効率 (2014)
  • 著者名/発表者名: 落合哲行
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] 光学におけるパリティ異常 (2012)
  • 著者名/発表者名: 落合哲行
  • 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
• [学会発表] Photonic realization of the parity anomaly (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai
  • 学会等名: ICTP Workshop of Nanophotonics
  • 発表場所: ICTP
• [学会発表] アクシオン電気力学における光散乱
  • 著者名/発表者名: 落合哲行
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学