| 研究課題/領域番号 |
16K13834
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
村上 修一 東京工業大学, 理学院, 教授 (30282685)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 物性理論 / スピンエレクトロニクス |
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| 研究実績の概要 |
本年度は以下の２項目について研究を行った。第一に、ワイル半金属と絶縁体との超格子で現れる物質相を理論的に解明した。２つの積層パターンを考え、各層の厚さを変えることで出現する相図を、有効模型と格子模型の２つで計算した。特に一方の積層パターンではさまざまなチャーン数の量子異常ホール相が出るという興味深い結果が得られた。さらにこれらをワイル半金属でのフェルミアーク表面状態の混成という立場から解釈した。これらの結果は、今後本研究の中心的テーマであるカイラル伝導を、超格子などの空間的な制御を利用してデザインする際に重要な知見を与えるものである。第二に、らせん状の結晶構造を持つ系についてカイラル伝導の大きさがどのように決まるかを、蜂の巣格子を積層した簡単な模型を用いて追究した。らせん状の系では結晶構造が右巻きないし左巻きとなり、古典的なソレノイドとの類推から、結晶の巻き方によって、電流を流すとそれと平行ないし反平行に磁化が生じると我々は以前予言し、カイラル伝導と呼んでいる。これについて、隣接した層間にらせん状に飛び移り積分を設定し、らせん状のホッピングやフェルミエネルギー等のパラメタを変化させて、カイラル伝導の大きさがどう変わるかを調べた。その結果、この模型のバンド構造は一般にワイル点を持っていて、そのワイル点周辺の有効模型でこのカイラル伝導がよく記述できることが分かった。また古典的なソレノイドと比較したときの結晶の「カイラル性」を示すパラメタを導入し、系を調整すればこの「カイラル性」が古典的なソレノイドと比べて１，２桁程度大きくなる場合があることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成２８年度に、カイラル伝導が古典的なソレノイドと比べてどのくらい大きくなるかを記述するパラメタを導入し、それが古典的ソレノイドと比べて１，２桁大きくなる場合があることを示すことができた。これは今後カイラル伝導をデザインしてさらに大きくできる可能性を示唆し、模型を用いた理論計算、候補物質の第一原理計算による探索など、今後の実験・理論研究に大きな波及効果をもたらすものである。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究は簡単な模型を用いたもので実際の物質との関係は明らかでなかった。そこで第一原理計算研究者とも協力し、実際の物質に近い形での計算を試みる。そうした模型を新たに構築してカイラル伝導を計算し、その結晶構造によるカイラル伝導への影響について解析する。また対象を電子系からより広い範囲の系、例えばフォノン系などに広げて、カイラル伝導の可能性を探る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究の進展に伴い、第一原理計算による物質探索をより強力に推進する必要が出てきたため、そうした研究内容に関する研究打ち合わせや成果発表を次年度に行う予算を確保することとなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
海外での研究打ち合わせおよび研究成果発表
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