メゾスコピック系の量子スピンホール効果

• 研究課題/領域番号: 24540322
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 服部 公則 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (80228486)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 量子スピンホール効果 / 量子異常ホール効果 / トポロジカル絶縁体 / メゾスコピック系 / スピントロニクス / エッジ状態 / 局在非局在転移 / トポロジカルポンピング

研究成果の概要

本研究では量子スピンホール（QSH）効果と関連する種々のトポロジカル現象を広範囲に調査した。QSH絶縁体は回転磁場励起によりギャップの開いたエッジ状態を介してトポロジカルポンピングを可能とする。同時に誘起されるスピン流は逆QSH効果により励起領域外部に電気分極を形成する。トポロジカル絶縁体（TI）表面では面内磁化との交換結合はU(1)ゲージ場に等価であり、量子異常ホール（QAH）効果に起因して電荷誘導ならびに電気分極をもたらす。薄膜TIは非磁気的乱れにより普遍的にQSH状態に相転移する。この相転移は乱れの3次元性を考慮した有効モデルの枠組みで乱れによるバンド反転で説明される。

研究成果

• [雑誌論文] Edge States in a Thin Film of Disordered Topological Insulator (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiminori Hattori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 号: 4 ページ: 044701-044701
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.044701
  • NAID: 40020425898
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charge induction and polarization on the surface of a topological insulator due to an emergent gauge field (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiminori Hattori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 3 ページ: 034704-034704
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.034704
  • NAID: 40020017794
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological Pumping of Spin-Polarized Currents through Helical Edge States Due to Dynamically Generated Mass Gap (2013)
  • 著者名/発表者名: Kiminori Hattori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 号: 2 ページ: 024708-024708
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.024708
  • NAID: 210000132420
  • 査読あり
• [学会発表] 乱れたトポロジカル絶縁体薄膜の量子伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 服部公則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] トポロジカル絶縁体表面上のカイラルエッジ状態と量子電荷誘導 (2013)
  • 著者名/発表者名: 服部公則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
• [学会発表] ヘリカルエッジ状態の局所ギャップを介した量子ポンピング (2012)
  • 著者名/発表者名: 服部公則
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス