2019 年度研究成果報告書

トポロジカル界面を用いた新奇な量子波束の生成および制御に関する理論

研究課題

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研究課題/領域番号	16K05467
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	数理物理・物性基礎
研究機関	秋田大学
研究代表者	小野田勝秋田大学, 理工学研究科, 教授 (80425727)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード	トロイダル量子波束 / ヘリカル表面状態 / トポロジカル物質・媒質 / 格子模型列
研究成果の概要	トポロジカル物質の表面/界面には、内部自由度と伝搬の自由度が強く結合した特殊な状態が現れる。その多様性の解析とそのような特徴の転写とも言える新奇な内部構造をもつ量子波束の伝播特性の解析を通じ、これらの物質の潜在力を探求した。例えば、平板型の弱いトポロジカル絶縁体の射影バンド構造に対し層数に関する偶奇効果を見いだし、その表面状態の特性を明らかにした。また、先の多様性を反映した様々な伝導電子スピン流を用いることにより、環状配置のような場合でも、強磁性結合した局在スピン系にらせん磁性を誘起し得ることを示した。光子系について、トロイダル型渦構造をもつ光波束と周期構造中の光渦の伝播特性を明らかにした。
自由記述の分野	物性理論
研究成果の学術的意義や社会的意義	トポロジカル界面の多様性やそれを利用した新奇な量子波束の生成・制御を論じることは、トポロジカル物質の潜在力の探求に他ならず物性物理学上の意義がある。そのような波束の内部構造や伝搬特性の解析は、量子情報通信や化学反応制御への応用を検討する上でも有用な情報を与える。また、表面状態の多様性の解析において一連の格子模型列を導入し、位相不変量からの示唆と解析解の構成法における判定条件との整合性を系統的に示している点は数理科学上の意義がある。