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曲った時空と電子系のトポロジカルな量子効果

研究課題

研究課題/領域番号 23540461
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 数理物理・物性基礎
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

田中 秋広  独立行政法人物質・材料研究機構, 理論計算科学ユニット, 主幹研究員 (10354143)

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 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードトポロジカル絶縁体 / 量子スピン系 / ベリー位相 / 凝縮系の場の理論 / トポロジカル場の理論 / 対称性で保護されたトポロジカル相 / トポロジカル項 / 磁性体 / アクシオン場 / 渦糸 / 対称性に保護されたトポロジカル相 / ハルデーンギャップ相 / 非線形シグマ模型 / 位相欠陥 / 捩率 / 弾性理論 / アクシオン項 / 格子欠陥 / 重力的AB効果
研究成果の概要

(1)トポロジカル絶縁体の表面に特有のスピンベリー位相と、固体結晶中の転位欠陥が引き起こすAB効果に由来するベリー位相の相乗効果として、トポロジカル絶縁体の転位欠陥コアに沿ってゼロモードが生じることを数値計算と捩じれた空間上のディラック粒子の解析により確認した。(2)アクシオン場の渦糸が引き起こす、電荷ポンピングなどの特有の量子効果を解明した。(3)基底状態波動関数の虚時間経路積分表示を用いて、有効作用にトポロジカル項(表面項)が存在する多体系でSPT相(対称性に保護されたトポロジカル相)が生じる条件を調べた。具体例として磁場中の一次元反強磁性体でSPTが発現するための条件を特定した。

報告書

(5件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実施状況報告書
  • 2012 実施状況報告書
  • 2011 実施状況報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2015 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (30件) (うち招待講演 6件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Symmetry-protected topological order in magnetization plateau states of quantum spin chains2015

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takayoshi, Keisuke Totsuka and Akihiro Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 号: 15 ページ: 1551361-12

    • DOI

      10.1103/physrevb.91.155136

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A short guide to topological terms in the effective theories of condensed matter2015

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka and Shintaro Takayoshi
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 16 号: 1 ページ: 0144041-10

    • DOI

      10.1088/1468-6996/16/1/014404

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Focus on materials science of topological insulators and superconductors2015

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka and Taizo Sasaki
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 16 号: 1 ページ: 0103011-2

    • DOI

      10.1088/1468-6996/16/1/010301

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topological insulator and "nanotubes"2012

    • 著者名/発表者名
      K.-I. Imura, T. Takane, A. Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 400 号: 4 ページ: 042021-042021

    • DOI

      10.1088/1742-6596/400/4/042021

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoinduced spin Chern number change in a two-dimensional quantum spin Hall insulator with broken spin rotational symmetry2012

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Inoue, Akihiro Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.125425

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Berry phase in anisotropic topological insulators2011

    • 著者名/発表者名
      K.-I. Imura, Y. Takane, and A. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev

      巻: 84 号: 19

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.195406

    • NAID

      120005198252

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Weak topological insulator with protected gapless helical states2011

    • 著者名/発表者名
      K.-I. Imura, Y. Takane, and A. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev

      巻: 84 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.035443

    • NAID

      120005198245

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Duality among competing orders in antiferromagnets and topological insulators : nonlinear sigma model approach2011

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 320 ページ: 012020-012020

    • DOI

      10.1088/1742-6596/320/1/012020

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 磁化プラトーにおける対称性に保護されたトポロジカル相の場の理論2015

    • 著者名/発表者名
      高吉慎太郎、田中秋広
    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry protected topological states in antiferromagnets with magnetic field2015

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Takayoshi and Akihiro Tanaka
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting
    • 発表場所
      Gonzalez Convention Center,San Antonio
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry protected states in antiferromagnets-role of edge states2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka
    • 学会等名
      New topological phenomenn in condensed matter physics
    • 発表場所
      NIMS MANA棟
    • 年月日
      2014-11-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 対称性に保護されたトポロジカル相-四元数非線形シグマ模型からのアプローチ2014

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      理研セミナー
    • 発表場所
      理化学研究所 和光事業所 研究本館
    • 年月日
      2014-10-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 四元数非線形シグマ模型のトポロジカル項とSPT相2014

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] シンポジウム:対称性に保護されたトポロジカル相とエンタングルメント-はじめに2014

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 凝縮系のトポロジカル物質相におけるアクシオンの創発とその物性2014

    • 著者名/発表者名
      田中秋広、菊池徹、新田宗土
    • 学会等名
      基研研究会 凝縮系及び量子気体系におけるヒッグス・モード
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 磁性体における対称性によって保護されたトポロジカル相の場の理論2014

    • 著者名/発表者名
      高吉慎太郎、田中秋広
    • 学会等名
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamics of Axion Vortices inTopological States of Matter -Analogy with Superfluids2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka, Toru Kikuchi and Muneto Nitta
    • 学会等名
      2014 March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      Colorado Convention Center,Denver CO, USA
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル物質相における渦糸の受けるマグナス力-超流動相との比較2014

    • 著者名/発表者名
      田中秋広、菊池徹、新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会第61回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] アクシオン渦系のダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      菊池徹、新田宗土、田中秋広
    • 学会等名
      日本物理学会第61回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 対称性で保護されたトポロジカル相の場の理論による解析2014

    • 著者名/発表者名
      高吉慎太郎、田中秋広、新田宗土
    • 学会等名
      日本物理学会第61回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 固体のトポロジカルな性質の光学的な操作2013

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      先端物質科学セミナー
    • 発表場所
      広島大学大学院先端物質科学研究科
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 欠陥が誘起するトポロジカル相-ベリー位相からのアプローチ2013

    • 著者名/発表者名
      田中秋広、菊池徹、井村健一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学常三島キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカルな物質相における渦糸欠陥の運動2013

    • 著者名/発表者名
      菊池徹、新田宗土、田中秋広
    • 学会等名
      新学術領域「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 東山キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] スピン系における対称性で保護された状態への場の理論的アプローチ2013

    • 著者名/発表者名
      高吉慎太郎、田中秋広
    • 学会等名
      新学術領域「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 東山キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Optical steering of topological propertie of solids2013

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka
    • 学会等名
      Postech IES special seminar
    • 発表場所
      Postech, Korea
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dislocation induced electronic states in topological insulators and related systems2013

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka
    • 学会等名
      Postech IES special seminar
    • 発表場所
      Postech, Korea
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Massless axions: the Callan-Harvey effect revisted2013

    • 著者名/発表者名
      T. Kikuchi and A. Tanaka
    • 学会等名
      2013American Physical Society Meeting
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Dislocations in topological phases of matter and their topological terms2013

    • 著者名/発表者名
      A. Tanaka and T. Kikuchi
    • 学会等名
      2013American Physical Society Meeting
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体におけるアクシオン渦の電磁応答2013

    • 著者名/発表者名
      菊池徹、田中秋広
    • 学会等名
      日本物理学会 春季大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Axion strings in topological insulators/spin systems2012

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka
    • 学会等名
      International conference on topological quantum phenomena
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体のトポロジカル場の理論2012

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      トポロジカル量子第8回集中連携研究会
    • 発表場所
      東京大学理学部
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] 欠陥のあるトポロジカル相と非線形シグマ模型の対応2012

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 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
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル場の理論による凝縮系の新規量子現象の探索2012

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      トポロジカル量子公募研究最終年度報告会
    • 発表場所
      大阪市 ユーズ・ツウ 会議室F
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Axion strings in topological insulators and quantum spin systems2012

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Tanaka
    • 学会等名
      March Meeting 2012 of the American Physical Society
    • 発表場所
      Boston Convention Center(Boston, USA)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体・量子スピン系におけるaxion string2012

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 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(西宮)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体・量子スピン系におけるアクシオン・ストリング2011

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      新学術領域「トポロジカル量子現象」第二回領域研究会
    • 発表場所
      岡山大学創立50周年記念館(岡山)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル量子効果による機能デザイン2011

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      NIMS-AIST(NRI)計測・計算シミュレーション合同ワークショップ
    • 発表場所
      産業技術総合研究所共用講堂(つくば)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体-結晶の時空変形の効果2011

    • 著者名/発表者名
      田中秋広
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋期大会(招待講演)
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス(富山 )
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [備考] NIMS Researcher database SAMURAI

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/TANAKA_Akihiro-e.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] NIMS Reseacher Database SAMURAI

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/TANAKA_Akihiro-j.html

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://samurai.nims.go.jp/TANAKA_Akihiro-j.html

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2011-08-05   更新日: 2019-07-29  

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