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近年発見されたトポロジカル絶縁体は従来知られているバンド絶縁体とトポロジカルな意味で異なる状態として注目を集めている。その特徴は時間反転対称性を破らない摂動に対してロバストな表面状態の存在であり、表面の電子は低エネルギーでDirac方程式に従うことが知られている。
我々は、トポロジカル絶縁体に強磁性体を接合した系において、磁化が歳差運動をする場合に表面に生成される電流を調べた。歳差運動の軸が表面内にある場合、磁化の運動によって直流電流が生成されることがわかった。この整流効果はパリティ異常に起因しており、トポロジカルに保護されていることも明らかにした。
また、近年トポロジカル絶縁体を介したジョセフソン効果の実験が行われているが、我々はトポロジカル絶縁体表面におけるジョセフソン効果と近接効果を汎関数積分法を用いて調べた。接合界面が乱れた接合を考え、超伝導領域はディラック電子ではなくシュレディンガー方程式に従う電子によりモデル化した。ジョセフソン電流の解析的な表式を与え、その特性とトポロジカル絶縁体表面に誘起される超伝導の対称性を明らかにした。特に表面に奇周波数トリプレット超伝導が誘起されることを示した。また、この系に強磁性体を接合したときのジョセフソン効果も調べた。最近の実験との整合性も明らかにした。
さらに、不純物に起因するスピン軌道相互作用の大きさが空間的に変化している場合のスピン流の吸収問題を調べた。電場あるいはスピン蓄積によるスピン流が存在している系を考え、スピン軌道相互作用の空間勾配に起因するスピン流の存在を明らかにした。これを応用し、異なるスピン軌道相互作用の大きさを持つ金属接合の界面におけるスピン流の吸収を議論し、実験との関連性も議論した。
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