表面・界面でのスピンホール効果の特異な物性の研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19740177
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 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)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 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 / 熱電変換 / 励起子 / トポロジー / スピンホール効果

研究概要

トポロジカル絶縁体(量子スピンホール系)の輸送特性について、2次元の場合にエッジ状態の熱電輸送特性を計算し、低温にするとエッジ状態が優勢になり、熱電変換性能指数が上昇することを見出した。またこうしたトポロジカル絶縁体と通常の絶縁体相との相転移を記述する相図を2次元・3次元の場合に得た。また白金の第一原理計算を行い、バンド交差によって白金のスピンホール効果が巨大になっていることを理論的に見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Thermoelectric transport in perfectly conducting channels in quantum spin Hall systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Takahashi, Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 81 ページ: 161302(R)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of disorder in three-dimensional Z2 quantum spin Hall systems (2009)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Shindou, Shuichi Murakami
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 79 ページ: 045321
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Hall effect of excitons (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Kuga, S.Murakami, N.Nagaosa
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 78 ページ: 205201-1-205201-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal phase diagrams for the quantum spin Hall systems (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Murakami, S.Kuga
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 78 ページ: 165313-1-165313-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsic Spin Hall Effect in Platinum :First-Principles Calculations (2008)
  • 著者名/発表者名: G.Y.Guo, S.Murakami, T.-W.Chen, N.Nagaosa
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 100 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 phase (2007)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 雑誌名: New J.Phys. 9 ページ: 356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning phase transition between quantum spin Hall and ordinary insulating phases (2007)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami, Satoshi Iso, Yshai Avishai, Masaru Onoda, Naoto Nagaosa
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 76 ページ: 205304-1-205304-6
  • 査読あり
• [学会発表] Thermoelectric transport in 2D quantum spin Hall systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: 4th International Workshop on Spin Currents
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-02-08
• [学会発表] Physics of surface states in topological insulators (2010)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: Symposium on Surface and Nano Science
  • 発表場所: Shizukuishi, Japan
  • 年月日: 2010-01-17
• [学会発表] Spin Hall effect and Berry phase (2009)
  • 著者名/発表者名: 村上修一
  • 学会等名: 5th CAS Cross-Strait and International Conference on Quantum Manipulation
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2009-12-20
• [学会発表] トポロジカル絶縁体と表面ディラック電子 (2009)
  • 著者名/発表者名: 村上修一
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会"ディラック電子系の物性-グラフェンおよび関連物質の最近の研究"
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2009-10-22
• [学会発表] Universal Phase Diagrams for Quantum Spin Hall Phases (2009)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: Novel Topological States in Condensed Matter Physics
  • 発表場所: Hong Kong.
  • 年月日: 2009-06-22
• [学会発表] Quantum spin Hall phases and topological surface states (2009)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: Annual Meeting of the German Physical Society
  • 発表場所: Dresden, Germany.
  • 年月日: 2009-03-26
• [学会発表] Quantum spin Hall phase in bismuth ultrathin film (2008)
  • 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: Bad-Honnef, Germany.
  • 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
  • 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: Aussois, France
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Universal phase diagram for the quantum spin Hall phase in 2D and 3D (2008)
  • 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
• [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: 村上修一、磯暁、Yshai Avishai、小野田勝、永長直人
  • 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
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] Quantum Spin Hall Effect-Surface Spin Current on an Insulator- (2008)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: International Workshop on Spin Current
  • 発表場所: Sendai, Japan.
  • 年月日: 2008-02-19
• [学会発表] Spin Hall effect and quantum spin Hall effect (2007)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Murakami
  • 学会等名: YKIS2007 "Interaction and Nanostructural Effects in Low-Dimensional Systems"
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2007-11-16
• [図書] スピントロニクスの基礎と材料・応用技術の最前線(監修:高梨弘毅)第13章「スピンホール効果の理論」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 村上修一
  • 総ページ数: 149-158
  • 出版者: シーエムシー出版