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2008 年度 実績報告書

表面・界面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)

キーワード量子スピンホール系 / トポロジカル絶縁体 / エッジ状態 / ビスマス / 励起子
研究概要

本年は、スピンホール効果のうち特に興味深い現象である量子スピンホール効果についていくつかの興味深い成果を得た。第一の成果として、量子スピンホール系をどのように探索するかの鍵を得るため、何らかのパラメタを変化させたときに、通常の絶縁体と量子スピンホール系がどのように移り変わるかを解析した。その結果3次元の量子スピンホール系においては一般に、絶縁相との間で直接相転移が起こらずに、その間に金属相がはさまることが分かった。こうした成果は、量子スピンホール系に特有な新奇現象であって実験で観測できるとともに、量子スピンホール効果を示す物質を探索する場合にも役立つ。
第二にビスマス薄膜が量子スピンホール系になるかどうかについて、第一原理計算により研究した。ビスマス薄膜のうち絶縁体になるものは(111)1-bilayerと{012}2-monolayerの2種類存在する。これらについてトポロジカルナンバーを計算し、この2種の薄膜のうち前者は量子スピンホール系、後者は通常の絶縁体になることが分かった。これらのエッジ状態についても計算し、上記の分類と合致することが分かった。
また第三に、スピンホール効果の研究の一つとして、励起子系のスピンホール効果について研究した。Cu_2Oやアルカリハライドなどの励起子のバンド構造から、励起子状態での波数空間のベリー曲率を計算することにより、スピンホール効果がどの程度起こるかを見積もった。この励起子スピンホール効果は結晶に局所的な歪みを与えることにより起こる。励起子はある寿命の後に発光することから実空間での励起子の運動を知り、スピンホール効果を観測することができることを提案した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2009 2008

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Effects of disorder in three-dimensional Z_2 quantum spin Hall systems2009

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Shindou, Shuichi Murakami
    • 雑誌名

      Physical Review B 79

      ページ: 045321-1-045321-29

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Universal phase diagram for the quantum spin Hall systems2008

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami, Shun-ichi Kuga
    • 雑誌名

      Physical Review B 78

      ページ: 165313-1-165313-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Hall effect of excitons2008

    • 著者名/発表者名
      Shun-ichi Kuga, Shuichi Murakami, Naoto Nagaosa
    • 雑誌名

      Physical Review B 78

      ページ: 205201-1-205201-5

    • 査読あり
  • [学会発表] Quantum spin Hall phases and topological surface states2009

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 学会等名
      Annual meeting of German Physical Society
    • 発表場所
      Germany Dresden
    • 年月日
      2009-03-26
  • [学会発表] トポロジーに起因した新奇な表面状態2008

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      第28回表面科学学術講演会
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場(東京都)
    • 年月日
      2008-11-14
  • [学会発表] Quantum spin Hall phase in bismuth ultrathin film2008

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 学会等名
      421st Wilhelm and Else Heraeus Seminar on Spin Hall Effect
    • 発表場所
      Germany Bad Honnef
    • 年月日
      2008-10-20
  • [学会発表] ビスマスにおける量子スピンホール効果とエッジ状態の理論2008

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      日本物理学会2008年秋季大会
    • 発表場所
      岩手大学(岩手県)
    • 年月日
      2008-09-20
  • [学会発表] Spin Hall effect and quantum spin Hall effect - spin current in metals and insulators-2008

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 学会等名
      Gordon Research Conference "Magnetic Nanostructures"
    • 発表場所
      France Aussois
    • 年月日
      2008-09-04
  • [学会発表] Quantum Spin Hall Phase in Bismuth Ultrathin Film2008

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Foundation of Quantum Mechanics in the Light of New Technology (ISQM-Tokyo'08)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2008-08-26
  • [学会発表] Universal phase diagram for the quantum spin Hall phase in 2D and 3D2008

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 学会等名
      Topological Aspects of Solid State Physics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2008-06-26

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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