| 研究課題/領域番号 |
15K05118
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
泉田 渉 東北大学, 理学研究科, 助教 (20372287)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ナノチューブ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ナノチューブなどのメゾスコピック一次元物質において、量子伝導領域で起こる物理現象を明らかにすることを目的としている。この目的のため、電子の一粒子状態および電子相関効果を理論的手法により調べている。
量子伝導領域におけるナノチューブの電子状態を正確に理解するためには、一粒子状態の定量的な解析が欠かせない。実際のナノチューブはマイクロメートル程度の長さであるため、量子閉じ込め効果が重要となる。閉じ込められた電子がどのような定在波を形成するのかに関し、従来の解析は、谷と呼ばれるバンド自由度が分離しているとの仮定に基づいていた。
これに対し、本研究では、様々な螺旋構造のナノチューブの電子状態を、数値的及び解析的手法により理論的に調べた。この結果、多くのナノチューブでは谷が結合すること、境界条件によっては谷が強く結合する場合があることを示し、従来用いられる谷分離描像からの大きな修正が必要となることを示した。また、ナノチューブ端付近に現れる端状態をトポロジーの観点から解析し、バンド描像におけるトポロジカル不変量と端状態との間に一対一対応があること（バルク端対応）をあらわに示し、さらに、外部磁場によりトポロジカル相転移が引き起こされることなど、トポロジカル物質としてのナノチューブの性質を明らかにした。上記研究に際し、曲率によるエネルギーギャップやスピン軌道相互作用を取り込んだ有効一次元格子模型を構築した。
さらに、典型的な電子相関の一つである超伝導相関がナノチューブに誘起される場合に、超伝導ギャップ中に端に局在した状態が生じる場合のあることを、トポロジーの観点から示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
電子相関効果の解析手法の出発点となる、微細構造を取り込んだ有効一次元格子模型を構築した。これにより、低エネルギーの電子相関効果を定量的に調べる事を可能にした。さらに、この模型をもとに超伝導相関を調べ、曲率および超伝導により誘起された端状態を見いだすなど、系の示す電子相関効果が徐々に明らかとなってきた。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究で明らかとした一粒子状態に対する知見に加え、構築した有効一次元格子モデルを用いて、低エネルギーにおける電子相関効果の研究を解析的および数値的な手法により推進する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究遂行のための計算機関連機器等の物品購入費が当初計画より下回った事、一方、旅費として計画していた予算が当初の予定を上回ったが、それらの差額として次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
引き続き研究討論や成果発表のための旅費や計算機関連の物品費として使用する予定である。
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