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2011 年度 実施状況報告書

超伝導、磁性体、モット絶縁体におけるトポロジカル秩序とそれに由来する新奇物性

研究課題

研究課題/領域番号 23540406
研究機関京都大学

研究代表者

藤本 聡  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10263063)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2016-03-31
キーワードトポロジカル絶縁体 / 電子相関 / 超伝導 / 磁性
研究概要

本年度は以下の研究を行った。(1) トポロジカル絶縁体における電子相関効果の研究を行なった。トポロジカル相の電子相関に対する安定性、自明なモット絶縁体への相転移の性質を明らかにした。また、ギャップレス端状態が電子相関効果によってどのような影響を受けるのかも明らかにした。以前の他のグループによる研究では、バルクがトポロジカル絶縁体であっても、端状態に電子相関による不安定性が生じる可能性が示唆されていたが、今回の我々の研究によって、バルクのモット絶縁体への相転移と端状態の相転移は同時に起こり、端状態のみの不安定性は生じないことが明らかになった。(2)トポロジカル絶縁体接合系における格子欠陥のトポロジカルな性質を明らかにした。トポロジカル絶縁体では端状態だけでなく、格子欠陥中にもギャップレス状態が現れ、物性を支配する重要な要因となる。トポロジカル絶縁体では波数空間にトポロジカルに非自明な構造が現れるが、欠陥が存在すると、それに加えて実空間でのトポロジカルな構造も考慮する必要がある。量子系において波数空間と実空間を同時に扱う標準的なアプローチは半古典近似を適用することであるが、トポロジカル絶縁体ではしばしば、この半古典近似が破綻する場合がある。我々はこのようなケースでも扱うことができるフルに量子的な手法を考案し、具体例として線欠陥中のギャップレス状態に起因する量子ホール効果の問題に適用できることを示した。(3)空間反転対称性のない希土類化合物RENiC2における電荷密度波相においてスピンネマティック相とトポロジカル秩序が共存する可能性について調べた。このような系では反対称スピン軌道相互作用を介して電荷密度とスピンネマティック秩序が混在することが予想され、これをモデル計算によって確認し、新奇秩序状態が、この物質で実現している可能性が高いことを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初、計画されていたテーマは(1)トポロジカル絶縁体に対する電子相関効果の研究、(2) トポロジカル絶縁体における欠陥に起因する電磁気現象、であるが、研究実績でも述べたように (1)(2)ともにほぼ計画とおりに順調に進んでいる。(1)の内、端状態に対する電子相関効果については、当初の予想と違って、特定のモデルについては新奇な相は出現しないことが明らかになったが、他方、系の対称性を拡張することによって端状態の不安定性が生じる可能性を示唆する結果も得られつつあり、この方向で研究を進めることができると考えられる。

今後の研究の推進方策

23年度の研究成果をふまえて、トポロジカル絶縁体に対する電子相関効果の研究をさらに発展させる。特にトポロジカル絶縁体の対称性による分類が電子相関効果によっていかに変更されるかについて、系統的な研究を行っていく。これによって電子相関効果による新しいトポロジカル相の実現の可能性を探索していく。さらに当初の予定どうり、トポロジカル超伝導体におけるマヨラナ・フェルミオンの観測手法に関する研究も進めていく。

次年度の研究費の使用計画

次年度から取り組むテーマの推進のため数値計算ライブラリを購入する。また、研究打ち合わせと研究成果発表のための海外および国内出張の旅費として使用する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Superconductivity Induced by Longitudinal Ferromagnetic Fluctuations in UCoGe2012

    • 著者名/発表者名
      T. Hattori, Y. Ihara, Y. Nakai, K. Ishida, Y. Tada,S. Fujimoto, N. Kawakami, E. Osaki, K. Deguchi, N. K. Sato, and I. Satoh
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 108 ページ: 066403-1--4

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.066403

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Green's function method for line defects and gapless modes in topological insulators: Beyond the semiclassical approach2012

    • 著者名/発表者名
      K.Shiozaki and S.Fujimoto
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 085409-1--12

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.085409

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation effects on a topological insulator at finite temperatures2012

    • 著者名/発表者名
      T.Yoshida, S.Fujimoto, and N. Kawakami
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 125113-1--6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.125113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Nematic State as a Candidate of the Hidden Order Phase of URu2Si22011

    • 著者名/発表者名
      S. Fujimoto
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 106 ページ: 196407-1--4

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.106.196407

    • 査読あり
  • [学会発表] ドープされたとポロジカル絶縁体における電磁応答2012

    • 著者名/発表者名
      塩崎謙
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      兵庫
    • 年月日
      2012 – 326
  • [学会発表] 空間反転対称性のない物質RNiC2におけるトポロジカル相とスピンネマティック相2012

    • 著者名/発表者名
      加藤直人
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      兵庫
    • 年月日
      2012 – 325
  • [学会発表] URu2Si2の隠れた秩序状態のスピンネマティックシナリオ2011

    • 著者名/発表者名
      藤本聡
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011 – 924
  • [学会発表] UCoGeにおける強磁性ゆらぎとクーパー対形成機構2011

    • 著者名/発表者名
      藤本聡
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会(招待講演)
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2011 – 923
  • [学会発表] Spin Nematic Scenario for the Hidden Order Phase of URu2Si22011

    • 著者名/発表者名
      S. Fujimoto
    • 学会等名
      SCES2011(招待講演)
    • 発表場所
      英国、ケンブリッジ
    • 年月日
      2011 – 830
  • [学会発表] Topological Phases in Correlated Electron Systems2011

    • 著者名/発表者名
      S. Fujimoto
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2011(招待講演)
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2011 – 122
  • [学会発表] Time-reversal and Inversion Symmetries in Topological Superconductors2011

    • 著者名/発表者名
      S. Fujimoto
    • 学会等名
      24th International Symposium on Superconductivity(招待講演)
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011 – 1025
  • [図書] Non-centrosymmetric superconductors(Chapter 6 Microscopic Theory of Pairing Mechanisms)2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Yanas and S. Fujimoto
    • 総ページ数
      39
    • 出版者
      Springer
  • [図書] Non-centrosymmetric superconductors(Chapter 8 Aspects of Spintronics)2012

    • 著者名/発表者名
      S. Fujimoto, and S. K. Yip
    • 総ページ数
      20
    • 出版者
      Springer
  • [図書] 別冊数理科学「量子多体系の物理」2011

    • 著者名/発表者名
      藤本聡,川上則雄
    • 総ページ数
      184
    • 出版者
      サイエンス社

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公開日: 2013-07-10  

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