2012 Fiscal Year Annual Research Report
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23740269
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
伏屋 雄紀 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (00377954)
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| Keywords | 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 |
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| Research Abstract |
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．
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