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2012 年度 実績報告書

固体中ディラック電子が生む新しい伝導現象の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 23740269
研究機関電気通信大学

研究代表者

伏屋 雄紀  電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (00377954)

キーワードディラック電子 / ビスマス / スピン軌道相互作用 / スピンホール効果 / 角度分解ランダウスペクトル / 反磁性 / 双晶
研究概要

本年度は当初の研究計画である(Bー2)ビスマスにおける定量的物性予測と,追加課題である(Aー3)スピンホール効果,(Bー3)ビスマスにおける"additional peak"構造の解明を行った.
(Aー3)前年度は理想ディラック電子において,動的伝導度を用いてスピン偏極電流を得られることを見いだした.これを発展させ,本年度は静的伝導度においてスピン流の可能性を追求した.その結果,ビスマスでは非常に大きなスピンホール流が得られることを初めて見いだした.しかもそのスピンホール効果は,次のようにこれまで知られていない驚くべき性質を持っていることが明らかとなった.(1)キャリア数が少なくなるにつれ増大し,絶縁体領域で最大値をとる.そして,スピンホール絶縁体が実現する.(2)全てバンド間効果からの寄与で,バンド内効果の寄与はゼロ.(3)絶縁体では反磁性電流とスピンホール流の表式が厳密に一致する.
(Bー2)前年度は12テスラまでの角度分解ランダウスペクトル測定の結果を解析した.本年度はさらに30テスラまでの測定結果を解析した.12テスラまでの解析で用いた質量テンソルの値を全く変更することなく,30テスラまでの測定をフィットできることが分かった.すなわち,30テスラという強磁場においても,ビスマスの電子状態は1電子状態で記述でき,強磁場中で大きくなると“信じられていた”電子相関の効果が一切見いだせないことを明らかにした.更に,15テスラ以上では伝導体と価電子帯の最低ランダウ準位間の混成効果が顕著になることも明らかにした.
(Bー3)ビスマスでは,上記1電子状態で全く理解できない謎の"additional peak"構造が見つかっており,分数量子ホール効果などの可能性が議論されてきた.本研究では,その構造は,双晶からのピーク構造であったことを突き止めた.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Spin-Hall Effect and Diamagnetism of Dirac Electrons2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Fuseya, M. Ogata, H. Fukuyama
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 81 ページ: 93704

    • DOI

      DOI:10.1143/JPSJ.81.093704

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Landau spectrum and twin boundaries of bismuth in the extreme quantum limit2012

    • 著者名/発表者名
      Z. Zhu, B. Fauque, L. Malone, A. B.Antunes, Y. Fuseya, K. Behnia
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 109 ページ: 14813

    • DOI

      DOI:10.1073/pnas.1209197109

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dirac electrons in solids2012

    • 著者名/発表者名
      H. Fukuyama, Y. Fuseya, M. Ogata, A. Kobayashi, Y. Suzumura
    • 雑誌名

      Physica B: Condensed Matter

      巻: 407 ページ: 1943-1947

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the origin of the anomalous upper critical field in quasi-one-dimensional superconductors2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Fuseya, C. Bourbonnais, K. Miyake
    • 雑誌名

      Euro. Phys. Lett.

      巻: 100 ページ: 57008

    • DOI

      10.1209/0295-5075/100/57008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Properties of Odd-Frequency Superconductivity in Antiferromagnetic Ordered State2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Harada, Y. Fuseya, K. Miyake
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 81 ページ: SB015

    • DOI

      10.1143/JPSJS.81SB.SB015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dirac Liquid Theory: Second Order Perturbation Approach2012

    • 著者名/発表者名
      J. Fujimoto, Y. Fuseya, K. Miyake
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 81 ページ: SB042

    • DOI

      10.1143/JPSJS.81SB.SB042

    • 査読あり
  • [学会発表] ビスマス量子極限における"additional peak"構造の起源2013

    • 著者名/発表者名
      伏屋雄紀
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] 量子極限におけるビスマスのランダウスペクトルと双晶境界について2012

    • 著者名/発表者名
      伏屋雄紀
    • 学会等名
      第2回 固体中のディラック電子研究会
    • 発表場所
      岐阜県小川屋
    • 年月日
      20121219-20121220
  • [学会発表] ビスマスにおけるディラック電子のスピンホール効果2012

    • 著者名/発表者名
      伏屋雄紀
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] Spin-transport phenomena of Dirac electrons in bismuth2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Fuseya
    • 学会等名
      Swiss-Japan Workshop 2012
    • 発表場所
      理化学研究所
    • 年月日
      20120911-20120913
    • 招待講演
  • [学会発表] ビスマス中ディラック電子のスピン伝導現象2012

    • 著者名/発表者名
      伏屋雄紀
    • 学会等名
      第1回 固体中のディラック電子研究会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20120725-20120726
  • [学会発表] Spin-polarized magneto-optical current of Dirac electrons in bismuth2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Fuseya
    • 学会等名
      International conference on topological quantum phenomena
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20120516-20120520

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公開日: 2014-07-24   更新日: 2019-06-06  

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