• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

トポロジカル材料のバルク境界対応における平面・空間充填

公募研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 20H04633
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
研究機関東京工業大学

研究代表者

村上 修一  東京工業大学, 理学院, 教授 (30282685)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワードトポロジカル絶縁体 / 離散幾何学 / バルク境界対応 / コーナー状態 / 物性理論 / トポロジカル相 / 表面状態 / 平面充填
研究開始時の研究の概要

トポロジカル材料においてはバルク境界対応が重要であり、例えば高次トポロジカル絶縁体では、3次元結晶の、1次元的な縁に沿い金属状態が現れ、その現れ方には結晶の構成要素、つまり平面や空間を充填する構成要素(タイル)の自由度が重要であることが明らかになりつつある。例えば2次元結晶に対応する平面充填の方法は93通りあり、本研究ではタイリングの違いがトポロジカル相のバルク境界対応にどのように表れるか、実際の物質でどう実現されるかを解明する。

研究実績の概要

前年度の2次元系での結果を踏まえて、本年度は3次元の高次トポロジカル絶縁体(obstructed topological insulator)について、点群対称性があるときの量子化コーナー電荷と量子化ヒンジ電荷密度の表式を導出した。ここでは最も簡単な立方対称空間群であるP432を例に、頂点推移的(全ての頂点が対称性で等価)な多面体の結晶形状5種に対して計算を行った。この中には立方体や正八面体が含まれている。この計算においては、電子や原子核の位置をワイコフ位置で分類して、それらを用いたコーナー電荷の表式を導出した。さらにこれを電子バンド構造の高対称点での既約表現とウィルソンループとで書き換えた表式も得た。さらに表面再構成等、表面での原子核の位置のずれや電子状態の変調を考慮してもこの結果が保たれることも示した。この結果は一般性のあるものであり、実際の物質に対しても成立するため、今後他の空間群・他の結晶形状への応用や、物質探索などへと展開していくことが期待される。
また並行して、映進対称性に守られたトポロジカル結晶絶縁相の研究を進めた。この相はフォトニック結晶での実現例の提案が先行研究でなされているが、その起源は明らかではなかった。本研究において、空間反転対称性の下ではこの相が高対称点での既約表現のみで表されることや、今考えている立方対称なフォトニック結晶の下では、磁性の導入でバンドギャップを開けると必ずトポロジカル結晶絶縁体相になることを理論的に示した。さらにこれを用いてトポロジカル結晶絶縁相にあるフォトニック結晶の設計指針を示した。
さらに、ノーダルラインとワイル点が共存するトポロジカル半金属において、その両者に起因するトポロジカル表面状態の協奏現象について、モデル計算および解析計算で示した。特に表面フェルミアークがノーダルラインの射影に接するようになることを示した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 8件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 8件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Institute of Physics/Renmin University of China(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Cambridge(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/Brookhaven National Laboratory/Argonne National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/Brookhaven National Laboratory/Argonne National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Renmin University of China(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Fractional hinge and corner charges in various crystal shapes with cubic symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Naito Katsuaki、Takahashi Ryo、Watanabe Haruki、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 4 ページ: 045126-045126

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.045126

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of Unconventional Charge Density Wave without Acoustic Phonon Anomaly in Kagome Superconductors AV3Sb5 (A=Rb,Cs)2021

    • 著者名/発表者名
      Li Haoxiang、Zhang T. T.、Yilmaz T.、Pai Y. Y.、Marvinney C. E.、Said A.、Yin Q. W.、Gong C. S.、Tu Z. J.、Vescovo E.、Nelson C. S.、Moore R. G.、Murakami S.、Lei H. C.、Lee H. N.、Lawrie B. J.、Miao H.
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 11 号: 3 ページ: 031050-031050

    • DOI

      10.1103/physrevx.11.031050

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Predicting topological materials: symmetry-based indicator theories and beyond2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Tiantian、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 54 号: 41 ページ: 414002-414002

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ac13f4

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Degenerate topological line surface phonons in quasi-1D double helix crystal SnIP2021

    • 著者名/発表者名
      Peng Bo、Murakami Shuichi、Monserrat Bartomeu、Zhang Tiantian
    • 雑誌名

      npj Computational Materials

      巻: 7 号: 1 ページ: 195-195

    • DOI

      10.1038/s41524-021-00667-6

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Unique surface-state connection between Weyl and nodal ring fermions in ferromagnetic material Cs2MoCl62021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Tiantian、Hara Daisuke、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.l042037

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Theoretical analysis of glide-Z2 magnetic topological photonic crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Kim Heejae、Cheng Hengbin、Lu Ling、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 号: 20 ページ: 31164-31164

    • DOI

      10.1364/oe.439590

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Anisotropic Penetration Depths of Corner States in a Higher-Order Topological Insulator2021

    • 著者名/発表者名
      Arai Nobuhiro、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 号: 7 ページ: 074711-074711

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.074711

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] General corner charge formula in two-dimensional Cn-symmetric higher-order topological insulators2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Ryo、Zhang Tiantian、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 20 ページ: 205123-205123

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.205123

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Kinetic magnetoelectric effect in topological insulators2021

    • 著者名/発表者名
      Osumi Ken、Zhang Tiantian、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 4 号: 1 ページ: 211-211

    • DOI

      10.1038/s42005-021-00702-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Twofold quadruple Weyl nodes in chiral cubic crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Tiantian、Takahashi Ryo、Fang Chen、Murakami Shuichi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 12 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.125148

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Theoretical approaches to topological materials2021

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      The 4th Symposium for The Core Research Cluster for Materials Science and the 3rd Symposium on International Joint Graduate Program in Materials Science,
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル物質概論:現状と展望2021

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      第245 回 JOEM研究会「トポロジカル絶縁体」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] New horizons of topological materials2021

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      NIMS Week
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Kinetic magnetoelectric effect in topological insulators2021

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      722. WE-Heraeus-Seminar "Hybrid Solid State Quantum Circuits, Sensors, and Metrology"
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Generalized corner-charge formula in higher-order topological insulators and its application to one-dimensional electrides2021

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral flows and surface terminations in higher-order topological insulators2020

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      Recent Developments on Multipole Moments in Quantum Systems
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Axion insulators and topological chiral hinge states protected by inversion symmetry2020

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      CORRELATED ELECTRONS VIRTUAL INTERNATIONAL SEMINARS (CEVIS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical approaches to topological materials2020

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      CEMS colloquium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological materials and higher-order topological materials2020

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      2nd IIT Guwahati and TokyoTech Joint Workshop onCondensed Matter and High Energy Physics
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi