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第一原理計算を用いた新奇トポロジカル物質の探索

公募研究

研究領域トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
研究課題/領域番号 16H00993
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

山内 邦彦  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00602278)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードトポロジカル物質 / 第一原理電子状態計算 / 物性理論 / ワイル半金属 / 第一原理計算 / トポロジカル物性
研究実績の概要

本研究は、B01「トポロジーと対称性」実験班と連携し、光電子分光で得られたトポロジカル物質の電子構造を解明することを目的として、様々な物質の第一原理電子状態計算を遂行した。研究は予定通りに進んでおり、H29年度はディラック半金属であるZrSiS類似物質を中心とした光電子分光との共同研究を行った。ZrSiSは自然界にも存在する無毒の物質であり、三元化合物のため類似物質として様々な原子の組み合わせが考えられ、トポロジカル物性を開拓するためには格好の舞台となる。光電子分光実験では先行してHfSiSで特異な表面バンドが観測されているが、そのバンドが何に起因している状態であるかは不明であった。今回、新たに測定されたZrGeS、ZrGeSe、ZrGeTeのバンド構造と電子状態計算で得られたバルク結晶のバンド構造を比較することによって、特有の表面バンドがディラックノードアークと呼ばれる新しいタイプのトポロジカル表面状態であることを明らかにした。また、TaSe2基板上のビスマス薄膜について電子状態計算を行い、膜厚によってビスマスの構造がBi(111)ハニカム構造からBi(110)黒燐構造に変化することを確かめ、トポロジカル物性、CDW近接効果などについて議論を行った。これらの共同研究と並行して、理論先行の新物質開発を行い、トポロジカル物質同士のヘテロ接合を想定したシミュレーションを進めた。具体的には、代表的なトポロジカル絶縁体であるBi2Se3とBi2Te3を組み合わせたBi2-xSbxTe3-ySeyを考えて、積層構造を変化させることによってトポロジカル表面状態であるディラックコーンのエネルギー制御を行った。その結果、ディラックコーンがエネルギーギャップ中に現れる理想的な積層パターンが得られた。これらの結果は学術論文に投稿予定である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] CNR-SPIN, UOS L'Aquila(イタリア)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] CNR-SPIN/Graphene Labs(イタリア)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of square planar coordination in the magnetic properties of Na4IrO42017

    • 著者名/発表者名
      Xing Ming, Carmine Autieri, Kunihiko Yamauchi, and Silvia Picozzi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.205158

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Band splitting and Weyl nodes in trigonal tellurium studied by angle-resolved photoemission spectroscopy and density functional theory2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nakayama, M. Kuno, K. Yamauchi, S. Souma, K. Sugawara, T. Oguchi, T. Sato, and T. Takahashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 95 号: 12 ページ: 125204-125204

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.125204

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Topological phase transition coupled with spin-valley physics in ferroelectric oxide heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Yamauchi, Paolo Barone, and Silvia Picozzi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.035146

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Direct Observation of Nonequivalent Fermi-Arc States of Opposite Surfaces in Noncentrosymmetric Weyl Semimetal NbP2016

    • 著者名/発表者名
      S. Souma, Z. Wang, H. Kotaka, T. Sato, K. Nakayama, Y. Tanaka, H. Kimizuka, T. Takahashi, K. Yamauchi, T. Oguchi, K. Segawa, Y. Ando
    • 雑誌名

      Phys.l Rev. B

      巻: 93 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.161112

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Interplay between ferroelectricity, spin texture, and topological properties in transition-metal oxides2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamauchi
    • 学会等名
      CECAM conference Ab initio Spin-orbitronics, Montesilvano, Pescara (Italy)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-Valley Coupling and Topological Phase Transition in Ferroelectric Oxide Heterostructures2016

    • 著者名/発表者名
      Kunihiko Yamauchi
    • 学会等名
      11th Korea-Japan Conference on Ferroelectrics (KJC-FE11)
    • 発表場所
      Sungkyunkwan University, Seoul, Korea
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-01  

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