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2007 年度 実績報告書

表面・界面でのスピンホール効果の特異な物性の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19740177
研究機関東京工業大学

研究代表者

村上 修一  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (30282685)

キーワードスピンホール効果 / 量子スピンホール効果 / 白金 / エッジ状態 / トポロジー
研究概要

金属の白金においては室温でも大きなスピンホール効果が実験的に観測されている。この起源を探るため、バンド構造に起因する内因性スピンホール伝導率を第一原理計算により計算した。その結果実験で観測されたものと同程度の大きなスピンホール伝導率が得られ、実験で観測された値は内因性と考えても矛盾がないことが判明した。またこの巨大なスピンホール効果は、フェニルミエネルギー付近に存在するバンド交差によるものであることが分かった。スピン軌道相互作用が同程度の他の金属ではバンド交差がフェルミエネルギー近傍にないため、スピンホール効果は白金ほど大きくないと予想され、これは大谷らの実験結果とも符合している。このように、バンド構造に起因したベリー位相が金属でのスピンホール効果に重要な役割を果たしていることが徐々に解明されてきている。このことはバンド構造のデザインにより、スピンホール効果を巨大化できることを意味し、デバイス形状のデザインと組み合わせることによりスピンホール効果の巨大化へと結びつくと考えている。
また量子スピンホール系は、バルクでは絶縁体であるがエッジが金属的でありスピン流を運ぶと理論的に言われている新奇なトポロジカル相である。この物質探索等のために、量子スピンホール相と通常の絶縁相との間の量子相転移を一般的な枠組みで議論した。その結果、3次元系の場合には一般にこの間にギャップレスの相が挟まることが分かった。2次元の場合はそのようなことは起こらない。こうした相違は、3次元の場合にはギャップが閉じる点がモノポールというトポロジカルなものであることに起因している。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Intrinsic Spin Hall Effect in Platinum : First-Principles Calculations2008

    • 著者名/発表者名
      G. Y. Guo, S. Murakami, T. -W. Chen, and N. Nagaosa
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 101

      ページ: 096401-1-096401-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase transition between the quantum spin Hall and insulator phases in 3D : emergence of a topological gapless phase2007

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 雑誌名

      New Journal of Physics. 9

      ページ: 356-1-356-15

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tuning phase transition between quantum spin Hall and ordinary insulating phases2007

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami, S. Iso, Y. Avishai, M. Onoda, and N. Nagaosa
    • 雑誌名

      Physical Review B 76

      ページ: 205304-1-205304-6

    • 査読あり
  • [学会発表] 量子スピンホール相と絶縁相との間の相転移2008

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 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、大阪
    • 年月日
      2008-03-23
  • [学会発表] Phase transition between quantum spin Hall and ordinary insulating phases2008

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2008-03-10
  • [学会発表] Quantum Spin Hall Effect -Surface Spin Current on the Insulator-2008

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 学会等名
      International Workshop on Spin Current
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所, 仙台
    • 年月日
      2008-02-19
  • [学会発表] Spin current in nanostructures -Spin Hall effect and quantum spin Hall effect-2008

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 学会等名
      11th Sanken International Symposium
    • 発表場所
      淡路夢舞台交際会議場、淡路
    • 年月日
      2008-02-05
  • [学会発表] Spin Hall and quantum spin Hall effects2007

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 学会等名
      YKIS2007 "Interaction and Nanostructural Effects in Low-Dimensional Systems"
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所、京都
    • 年月日
      2007-11-16
  • [学会発表] スピンホール効果2007

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 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
      2007-09-24
  • [学会発表] Quantum spin Hall systems and surface spin current2007

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 学会等名
      SpiNor 2007
    • 発表場所
      Centre for Advanced Study, Oslo, Norway
    • 年月日
      2007-06-29
  • [学会発表] Quantum spin Hall systems2007

    • 著者名/発表者名
      S. Murakami
    • 学会等名
      CAS Program Spin and Charge Flow in Nano-structures
    • 発表場所
      Centre for Advanced Study, Oslo, Norway
    • 年月日
      2007-05-08

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公開日: 2010-06-11   更新日: 2016-04-21  

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