量子ポンピングによるゼロバイアス伝導特性の理論解明とその応用

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19560001
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 矢久保 考介 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40200480)
• 研究分担者: 中山 恒義 (財)豊田中央研究所, フェロー (80002236) ; 島 弘幸 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40312392)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 半導体

研究概要

本研究では、申請者らが開発した新しい転送行列法を用いることで、量子ポンピングによるゼロバイアス定常電流の諸性質を理論的に解明した。特に、応用上重要な大きな電荷電流や純粋スピン流(すなわち、電荷電流は完全にゼロであるがスピン流は有限であるような流れ)が、非断熱的な量子ポンピングを用いることによって極めて単純なシステムにおいても実現できることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Taira, H. Shima
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 22 ページ: 075301
• [雑誌論文] Curvature effects on collective excitations in dumbbell-shaped hollow nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, H. Yoshioka, J. Onoe
  • 雑誌名: Physica B 42 ページ: 1151-1154
• [雑誌論文] Finite size effects in infinitely large electronic systems with correlated disorders (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Nishino, K. Yakubo, H. Shima
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 033105
• [雑誌論文] Distribution of Fluctuating Fractal Dimensions of Finite Critical Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Mitobe, K. Yakubo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 78 ページ: 074006
• [雑誌論文] Energy Relaxation in Damped Two-Dimensional Graded Elastic Lattices (2009)
  • 著者名/発表者名: M. J. Zheng, J. J. Xiao, K. Yakubo, K. W. Yu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 78 ページ: 124603
• [雑誌論文] Fluctuations of the Order Parameter in Critical Complex Networks (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Mitobe, K. Yakubo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 78 ページ: 124002
• [雑誌論文] Statistical properties of weighted complex networks characterized by metaweights (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Furuya, K. Yakubo
  • 雑誌名: Physica A-Statistical Mechanics and its Applications 289 ページ: 1265-1272
• [雑誌論文] Single-length-scaling analysis for antiferomagnetic fractons in dilute Heisenberg system RbMn0. 4Mg0. 6F3 (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Itch, T. Nakayama, R. Kajimoto, M. A. Adams
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 78 ページ: 013707
• [雑誌論文] THz frequency dynamics of network/guest atom systems : liquid water, clathrates, and network glasses (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama
  • 雑誌名: Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A 600 ページ: 267-269
• [雑誌論文] Fractal structures in condensed matter physics (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama
  • 雑誌名: Encyclopedia of Complexity and System Science ページ: 1-15
• [雑誌論文] Geometry-driven shift in the Tomonaga-Luttinger exponent of deformed cylinders (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, H. Yoshioka, J. Onoe
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 201401
• [雑誌論文] Tuning the electrical resistivity of semiconductor thin films by nanoscale corrugation (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Ono, H. Shima
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 235407
• [雑誌論文] Curvature induced frustration in the XY model on hyperbolic surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S. K. Back, H. Shima, B. J. Kim
  • 雑誌名: Physical Review E 79 ページ: 060106
• [雑誌論文] Survival of short-range order in the Ising model on negatively curved surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakaniwa, H. Shima
  • 雑誌名: Physical Review E 80 ページ: 021103
• [雑誌論文] Phase transition of q-state clock models on heptagonal lattices (2009)
  • 著者名/発表者名: S. K. Baek, P. Minnhagen, H. Shima, B. J. Kim
  • 雑誌名: Physical Review E 80 ページ: 011133
• [雑誌論文] Pressure-induced structural transitions in multi-walled carbon nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, M. Sato
  • 雑誌名: Physica Status Solid A 206 ページ: 2228-2233
• [雑誌論文] Generalized strength of weighted scale-free networks (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Furuya, K. Yakubo
  • 雑誌名: Physical Review E 78 ページ: 066104
• [雑誌論文] Anomalous size dependence of inverse participation ratio of eigenfunctions in graded elastic lattices (2008)
  • 著者名/発表者名: M. J. Zheng, M. Goda, K. Yakubo, K. W. Yu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 77 ページ: 094601
• [雑誌論文] Anomalously localised states at the Anderson transition (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo, H. Obuse
  • 雑誌名: European Physical Journal 161 ページ: 233-247
• [雑誌論文] Topological aspects of excitons in artificial structure (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kumagai, A. Taguchi, T. Takagahara, T. Ohno, K. Yakubo
  • 雑誌名: Solid State Communications 145 ページ: 154-158
• [雑誌論文] Interacting dipoles in type-Iclathrates : Why glass-like though crystalline? (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama, E. Kaneshita
  • 雑誌名: Europhysics Letters 84 ページ: 66001
• [雑誌論文] Multiple radial corrugations in multiwalled carbon nanotubes under pressure (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, M. Sato
  • 雑誌名: Nanotechnology 19 ページ: 495705
• [雑誌論文] Non-fractal critical clusters at the percolation transition (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo, M. Mitobe
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 76 ページ: 034004
• [雑誌論文] Variety of normal modes and their transition behaviors in graded elastic networks : Square networks with a diagonal gradient (2007)
  • 著者名/発表者名: J. J. Xiao, K. Yakubo, K. W. Yu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 76 ページ: 024602
• [雑誌論文] Global phase diagram of one-dimensional graded diatomic elastic chains : a diagrammatic approach to identifying vibrational normal modes (2007)
  • 著者名/発表者名: J. J. Xiao, K. Yakubo, K. W. Yu
  • 雑誌名: Journal of Physics-Condensed Matter 19 ページ: 026224
• [雑誌論文] Vibrational excitations in graded elastic chains (2007)
  • 著者名/発表者名: J. J. Xiao, K. Yakubo, K. W. Yu
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics B 21 ページ: 4184-4189
• [雑誌論文] Confined vibrational normal modes in graded elastic networks : Gradons (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo, J. J. Xiao, K. W. Yu
  • 雑誌名: Physica B-Condensed Matter 394 ページ: 262-266
• [雑誌論文] Coupled plasmon modes and their localization in graded plasmonic chains (2007)
  • 著者名/発表者名: J. J. Xiao, K. Yakubo, K. W. Yu
  • 雑誌名: Physica B-Condensed Matter 394 ページ: 208-212
• [雑誌論文] Scaling behaviours in settling process of fractal aggregates in water (2007)
  • 著者名/発表者名: W. J. Tian, T. Nakayama, J. P. Huang, K. W. Yu
  • 雑誌名: EPL 78 ページ: 46001
• [雑誌論文] Short-time relaxation of the Ising model on curved surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, Y. Sakaniwa, I. Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: E465-E467
• [雑誌論文] New universality class of the Ising model on curved geometry (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakaniwa, I. Hasegawa, H. Shima
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: 1401-1403
• [雑誌論文] Two critical temperatures of the spin-lattice model on donut-shaped surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: I. Hasegawa, Y. Sakaniwa, H. Shima
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: 1407-1409
• [雑誌論文] Curvature effects on surface electron states in ballistic nanostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Taira, H. Shima
  • 雑誌名: Surface Science 601 ページ: 5270-5275
• [雑誌論文] Novel scaling behavior of the Ising model on curved surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: I. Hasegawa, Y. Sakaniwa, H. Shima
  • 雑誌名: Surface Science 601 ページ: 5232-5236
• [雑誌論文] Numerical study on critical exponents of hyperbolic Ising lattice (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakaniwa, H. Shima
  • 雑誌名: Computer Physics Communications 117 ページ: 189-189
• [雑誌論文] Localized vibrations in graded lattices : Gradons (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo, J. J. Xiao, K. W. Yu
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 92 ページ: 012008
• [雑誌論文] Peculiar behaviors of excited modes in harmonic chains with long-range correlated disorder (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, S. Nishino, T. Nakayama
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 92 ページ: 012156
• [雑誌論文] Electronic states in cylindrical surfaces with local deformation (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Taira, H. Shima
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 61 ページ: 1142-1146
• [学会発表] スケールフリー・ネットワークのマルチフラクタル性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 古谷修平, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] フラクタル空間に埋め込まれたスケールフリー・ネットワーク (2010)
  • 著者名/発表者名: 矢久保考介, Dean Korosak
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] Distribution Function of Fractal Dimensions characterizing Finite Critical Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Mitobe, K. Yakubo
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific Complex Systems Conference
  • 発表場所: 中央大学
  • 年月日: 20091104-20091107
• [学会発表] Crossover from Fractal to Small-world Properties in Complex Networks (2009)
  • 著者名/発表者名: F. Kawasaki, K. Yakubo
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific Complex Systems Conference
  • 発表場所: 中央大学
  • 年月日: 20091104-20091107
• [学会発表] Current-induced AB effect in a twisted quantum ring (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Taira, H. Shima
  • 学会等名: 50 years of the Aharonov-Bohm effect
  • 発表場所: Tel Aviv, Israel
  • 年月日: 20091011-20091014
• [学会発表] 医薬品処方相関ネットワークにおけるローカルワールド性とモジュール構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 古谷修平, 鈴木啓太, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] 臨界条件における繋ぎ替え適応度ネットワークのフラクタル次元 (2009)
  • 著者名/発表者名: 川崎文也, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] Curvature-Induced Resistivity Enhancement in Periodically curved Layers (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Ono, H. Shima
  • 学会等名: 3rd International Workshop on Physics and Technology of Thin Films
  • 発表場所: Espoo, Finland
  • 年月日: 20090826-20090828
• [学会発表] Anomalous Electron Transport in Curved Nanostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima
  • 学会等名: 22th DV-Xα Symposium
  • 発表場所: 香川大学
  • 年月日: 20090805-20090807
• [学会発表] Tomonaga-Luttinger exponent of peanut-shaped hollow nanocylinders (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, H. Yoshioka, J. Once
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] Low-Temperature Resistivity of Periodic Curved Surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Ono, H. Shima
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] One-dimensional peanut-shaped C60 polymer as a new quantum sysytem (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Onoe, T. Ito, H. Shima, Y. Toda, H. Yoshioka, S. Kimura
  • 学会等名: 5th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids
  • 発表場所: Roma, Italy
  • 年月日: 20090624-20090626
• [学会発表] Geometric curvature effects on Tomonaga-Luttinger states of one-dimensional peanut-shaped C60 polymers (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, H. Yoshioka, J. Onoe
  • 学会等名: 36th Fullerene-Nanotubes General Symposium
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 20090302-20090304
• [学会発表] Deformation Effects on Curved Liquid Crystal Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima
  • 学会等名: LaCaN Seminar Series
  • 発表場所: Universitat Politecnica de Catalunya, Spain
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] 医薬品処方相関ネットワークの構造解析 : ローカルワールドなネットワーク (2009)
  • 著者名/発表者名: 鈴木啓太, 古谷修平, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 重み付き複雑ネットワークに対するメタウェイトを用いた統計解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 古谷修平, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 複雑ネットワークにおけるフラクタル性とスモールワールド性のクロスオーバー (2009)
  • 著者名/発表者名: 川崎文也, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] スケールフリー・ネットワーク構造の臨界的性質 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡百合子, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 臨界複雑ネットワークにおける秩序変数の普遍揺らぎ (2009)
  • 著者名/発表者名: 水戸部六美, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Elastic Theory of disclinations on a smectic C deformed membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H. Shima
  • 学会等名: Juelich Soft Matter Days 2008
  • 発表場所: Bonn, Germany
  • 年月日: 20081111-20081114
• [学会発表] Torsion-induced AB oscillation in a twisted coherent ring (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Taira, H. Shima
  • 学会等名: Nanotechnology Materials and Devices Conference 2008
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20081020-20081022
• [学会発表] Curvature effects on the electronic resistivity of a corrugated nanosurface (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Ono, H. Shima
  • 学会等名: Nanotechnology Materials and Devices Conference 2008
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20081020-20081022
• [学会発表] Pressure-Induced Structural Transitions in Multiwall Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Shima
  • 学会等名: Trend in NanoTechnology 2008
  • 発表場所: Oviedo, Spain
  • 年月日: 20080901-20080908
• [学会発表] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Taira, H. Shima
  • 学会等名: Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 20080728-20080802
• [学会発表] Surface curvature effects on disclinations in a smectic C membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, H. Shima
  • 学会等名: International Symposium on Non-Equilibrium Soft Matter
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20080602-20080605
• [学会発表] Nanoscale Mechanics of Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, M. Sato
  • 学会等名: The 4th International Conference on Advances in Structural Engineering and Mechanics
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20080526-20080528
• [学会発表] 科学技術共著論文ネットワークに対するメタウェイト解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 古谷修平, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学 (東大阪)
  • 年月日: 20080322-20080326
• [学会発表] スケールフリー・ネットワークの臨界性とフラクタル性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 岡百合子, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学 (東大阪)
  • 年月日: 20080322-20080326
• [学会発表] 自己組織化臨界ネットワークのフラクタル性 : 効率化された解析法を用いて (2008)
  • 著者名/発表者名: 川崎文也, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学 (東大阪)
  • 年月日: 20080322-20080326
• [学会発表] Meta-weight analysis of weighted complex networks (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Furuya, K. Yakubo
  • 学会等名: NSC Winter Workshop 2008
  • 発表場所: Hokkaido University, Sapporo
  • 年月日: 20080308-20080309
• [学会発表] Fractal Property of Critical Complex Networks (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo
  • 学会等名: International Workshop on Complex Systems and Sociology
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2008-11-29
• [学会発表] 秩序変数の普遍臨界揺らぎとそのフラクタル次元分布 (2008)
  • 著者名/発表者名: 水戸部六美, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 傾斜格子系における振動励起の空間的拡がり : グレイドン・モードのIPR解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 矢久保考介, 合田正毅, M. Zheng, K. W. Yu
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 1次元長距離相関不規則系における量子グレイドン状態 (2008)
  • 著者名/発表者名: 西野信也, 矢久保考介, 島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] Fractality and Small-World Property of Complex Networks (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo
  • 学会等名: 5th European Conference on Complex Systems
  • 発表場所: Jerusalem, Israel
  • 年月日: 2008-09-16
• [学会発表] 複雑ネットワークの臨界性とフラクタル性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 矢久保考介
  • 学会等名: 第6回HSSワークショップ
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌)
  • 年月日: 2008-03-19
• [学会発表] 不規則傾斜格子系における局在中心分布の特異な偏り (2007)
  • 著者名/発表者名: 矢久保考介, J. J. Xiao, K. W. Yu
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌)
  • 年月日: 20070921-20070924
• [学会発表] 重み付き複雑ネットワークに対するメタウェイト解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 古谷修平, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌)
  • 年月日: 20070921-20070924
• [学会発表] 2次元フラットバンド不規則電子系における金属-絶縁体転移 (2007)
  • 著者名/発表者名: 西野信也, 矢久保考介
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌)
  • 年月日: 20070921-20070924
• [学会発表] Anomalously Localized States at the Anderson Transition (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo
  • 学会等名: 392nd WE-Heraeus-Seminar
  • 発表場所: TU Ilmenau, Germany
  • 年月日: 20070902-20070905
• [学会発表] Localized Vibrations in Graded Lattices : Gradons (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Yakubo, J. J. Xiao, K. W. Yu
  • 学会等名: 12th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter (Phonons 2007)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 20070715-20070720
• [学会発表] Peculiar behaviors of excited modes in harmonic chains with correlated disorder (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, S. Nishino, T. Nakayama
  • 学会等名: 12th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter (Phonons 2007)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 20070715-20070720
• [学会発表] Ising phase transition on negatively curved geometry (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakaniwa, H. Shima
  • 学会等名: 23rd International Conference on Statistical Physics (Statphys23)
  • 発表場所: Genova, Italy
  • 年月日: 20070709-20070713
• [学会発表] 乱れに起因した臨界現象における秩序変数の空間構造とフラクタル性の揺らぎ (2007)
  • 著者名/発表者名: 矢久保考介
  • 学会等名: 第5回HSSワークショップ
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌)
  • 年月日: 2007-03-15
• [図書] Higher Mathematics for Physics and Engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, T. Nakayama
  • 出版者: Springer-Verlag(in press)