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2019 年度 実施状況報告書

メゾスコピック一次元電子相関

研究課題

研究課題/領域番号 15K05118
研究機関東北大学

研究代表者

泉田 渉  東北大学, 理学研究科, 助教 (20372287)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2021-03-31
キーワードナノチューブ
研究実績の概要

本研究では、カーボンナノチューブや、量子ドットといった、量子閉じ込め効果が顕著に表れるメゾスコピック物質の量子伝導領域におけ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、一電子状態および電子相関効果を理論的手法により研究している。
量子伝導に係わるエネルギー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、一電子状態の定量的な解析が欠かせない。これまでの研究で構築した有効一次元格子模型は微小ギャップやスピン軌道相互作用などの重要な微細構造の効果を取り込んでいる。この模型を詳しく解析することにより、アームチェア型と分類されるナノチューブ以外ではトポロジカルな端状態がエネルギーギャップ中に現れることを明らかとした。
ナノチューブに近接した超伝導体によりナノチューブ中の電子系に超伝導相関が誘起される状況に対し、ナノチューブ表面曲率により誘起されるスピン軌道相互作用によるヘリカル状態が存在する状況において、端付近にマヨラナ粒子が現れることとその詳細を数値的及び解析的手法により示した。
カーボンナノチューブの電子相関に関して密度行列繰り込み群を用いた数値解析に関する共同研究を行い、特に、トポロジカルな端状態における電子相関の結果、左右の端付近に局在したスピン間に働く相互作用がナノチューブの長さによって強磁性的もしくは反強磁性的となることを明らかとした。
さらに、直列量子ドットに対して、これまでに開発した数値解析ソフトウェアを用いて量子伝導現象を詳しく解析することにより、温度上昇に伴いスピンブロッケードを引き起こす高スピン状態が誘起されることなどを見いだした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究代表者の不測の病気により、研究の継続が困難な時期が生じたため。

今後の研究の推進方策

引き続き、従来見逃されてきた顕著な一電子現象であるトポロジカル端状態に着目し、系に内在する未開拓な物理現象の詳細を調べる。
また、開発中のソフトウェアなどにより数値的および解析的な手法により、低エネルギーにおける電子相関効果の研究を推進する。

次年度使用額が生じた理由

研究代表者の不測の病気により、研究の継続が困難な時期が生じたため、次年度使用額が生じた。
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。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] レーゲンスブルグ大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      レーゲンスブルグ大学
  • [国際共同研究] ブダペスト工科経済大学(ハンガリー)

    • 国名
      ハンガリー
    • 外国機関名
      ブダペスト工科経済大学
  • [雑誌論文] Transverse profile and three-dimensional spin canting of a Majorana state in carbon nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Milz Lars縲!zumida Wataru縲;rifoni Milena縲`arganska Magdalena
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 ページ: 155417-1-13

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.155417

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Nanorotor driven by spin injection2019

    • 著者名/発表者名
      W. Izumida, R. Okuyama, K. Sato, M. Matsuo, T. Kato
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Analytic Expression for Topological Number in Single-Wall Carbon Nanotube2019

    • 著者名/発表者名
      Rin Okuyama, Wataru Izumida, Mikio Eto
    • 学会等名
      APPC 2019 14TH ASIA-PACIFIC PHYSICS CONFERENCE
    • 国際学会
  • [学会発表] Topologically Protected Giant End Spins in Carbon Nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Gergely Zarand, Pascu Moca, Wataru Izumida, Balazs Dora, Ors Legeza
    • 学会等名
      DPG Fall Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] カーボンナノチューブにおけるトポロジカルな特性の研究2019

    • 著者名/発表者名
      御代田 宗佑, 田中 翼汰, 田中 惣基, 泉田 渉, 羽田野 剛司
    • 学会等名
      第62回日本大学工学部学術研究報告会
  • [学会発表] カーボンナノチューブにおけるバリスティック伝導特性2019

    • 著者名/発表者名
      安中 大樹, 小綿 新, 秋葉 圭一郎, 長瀬 勝美, 平山 祥郎, 泉田 渉, 羽田野 剛司
    • 学会等名
      第62回日本大学工学部学術研究報告会
  • [学会発表] カーボンナノチューブ FET における弾道輸送的伝導特性2019

    • 著者名/発表者名
      安中 大樹, 小綿 新, 泉田 渉, 長瀬 勝美, 平山 祥郎, 秋葉 圭一郎, 羽田野 剛司
    • 学会等名
      2019年(令和元年)応用物理学会東北支部 第 74 回学術講演会
  • [学会発表] カーボンナノチューブにおけるトポロジカルな性質の研究2019

    • 著者名/発表者名
      御代田 宗佑, 田中 翼汰, 田中 惣基, 泉田 渉, 羽田野 剛司
    • 学会等名
      2019年(令和元年)応用物理学会東北支部 第 74 回学術講演会

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公開日: 2021-01-27  

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