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2010 年度 実績報告書

量子スピンホール効果の新奇物性探索とデザイン

研究課題

研究課題/領域番号 22540327
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, 教授 (30282685)

キーワードトポロジカル絶縁体 / 表面状態 / 輸送現象 / 熱電変換
研究概要

トポロジカル絶縁体のエッジ・表面の輸送現象について、主に熱電輸送に関する研究を行った。2次元トポロジカル絶縁体のエッジ状態や、3次元トポロジカル絶縁体の結晶転位上の1次元状態は純スピン流を運ぶ特殊な状態であり、後方散乱を受けないため、輸送に関しては特殊な性質をもつと期待される。以前のエッジ状態の研究に引き続いて本年は結晶転位上の1次元状態について計算し、結晶転位が密になるに従って熱電変換性能指数ZTが低温で増大することが理論的に見出された。この計算においては結晶転位が導入されるにつれて乱れが増し、移動度端がバンドの底から次第に離れていくことを考慮しており、このことはZTの増大傾向をさらに強める働きをすることが分った。この転移上の状態は全てのトポロジカル絶縁体にあるわけではなく、例えばビスマス-アンチモン合金など限られたクラスのトポロジカル絶縁体でのみ見られる。
また並行して、3次元トポロジカル絶縁体での不純物効果について研究を行った。トポロジカル絶縁体を表わす4バンド模型に不純物を導入した時、トポロジカル絶縁体と通常の絶縁体との間の相転移がどのように変わるかを計算した。その結果トポロジカルな相転移は乱れが導入されても残り、最終的には価電子帯および伝導帯にある非局在状態が互いに近接してくることによりギャップが閉じて相転移が起こることが分った。この相転移は、トポロジカル絶縁体と通常の絶縁体との相転移に一般的に適用されると考えられる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Disordered topological quantum critical points in three-dimensional systems2010

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

      New Journal of Physics

      巻: 12 ページ: "065008-1"-"065008-20"

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large thermoelectric figure of merit for three-dimensional topological Anderson insulators via line dislocation engineering2010

    • 著者名/発表者名
      O.A.Tretiakov, Ar.Abanov, S.Murakami, J.Sinova
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 97 ページ: "073108-1"-"073108-3"

    • 査読あり
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体表面のディラック電子系のスピン輸送2011

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      東邦大学物理学科、東邦大学複合物性研究センター共催シンポジウム「ディラック電子とスピントロニクス」
    • 発表場所
      東邦大学習志野キャンパス(千葉県)
    • 年月日
      2011-12-03
  • [学会発表] Semiclassical Dynamics of Magnon Wavepacket and Magnon Hall Effect in Ferromagnets2011

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami, Ryo Matsumoto
    • 学会等名
      PIERS2011
    • 発表場所
      Suzhou, China
    • 年月日
      2011-09-12
  • [学会発表] Surface and interface gapless states of topological insulators2011

    • 著者名/発表者名
      Shuichi Murakami
    • 学会等名
      the 3rd International Workshop on Quantum Condensation (QC11)
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 年月日
      2011-07-14
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体のエッジ状態・表面状態による輸送現象2010

    • 著者名/発表者名
      村上修一、和田真樹、三澤哲郎
    • 学会等名
      第15回半導体スピン工学の基礎と応用/PASPS15
    • 発表場所
      筑波大学計算科学研究センター(茨城県)
    • 年月日
      2010-12-21
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体での特異な熱電輸送の理論的探索2010

    • 著者名/発表者名
      村上修一
    • 学会等名
      第5回KEK連携研究会「熱電変換材料と新規機能物質」
    • 発表場所
      筑波大学(茨城県)
    • 年月日
      2010-12-18
  • [学会発表] Topological numbers and phase transitions in topological insulators2010

    • 著者名/発表者名
      S.Murakami
    • 学会等名
      Statistical Physics of Quantum Systems
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2010-08-02
  • [学会発表] Bismuth and bismuth-antimony alloy as topological insulators2010

    • 著者名/発表者名
      S.Murakami
    • 学会等名
      SSSJ-A3 Foresight Joint Symiposium on Nanomaterials and Nanostructures
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2010-07-05
  • [学会発表] Thermoelectric transport in quantum spin Hall systems2010

    • 著者名/発表者名
      S.Murakami
    • 学会等名
      Progress in Spintronics and Graphene Research
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2010-05-31

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公開日: 2013-06-26  

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