2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26287062
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村上 修一 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (30282685)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / 表面状態 / 輸送現象 / スピンエレクトロニクス / トポロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２６年は主に以下の２点について研究した。第一にトポロジカル絶縁体同士の界面など、スピン軌道相互作用が異なる絶縁体同士の界面で、ギャップが閉じる点がループ状をなすような特異なバンド構造が出現する場合があることを理論的に示した。またこれは、界面の両側の領域同士が互いに時間反転や空間反転対称性で移り合うような場合に起こることを示し、それを界面時間反転対称性、界面空間反転対称性と名付けた。こうしたループ状の縮退が、ある種の行列のパフィアンの符号反転で特徴づけられるトポロジカルな要因によることを示し、その実現方法についても議論した。まず絶縁体同士の界面でバンドギャップが閉じて金属的になることが例外的で面白い結果であるが、それ以上に、バンドギャップがループ状に閉じることは対称性からは普通は起こらないと予想されるため、この結果は非自明な結果である。
第二にワイル半金属の有効模型の構築と、それを用いた表面フェルミアークの分散の計算などを行った。まずワイル点同士が近接している場合の有効模型を構築し、何らかのパラメタの変化に伴ってそのワイル半金属が絶縁体に相転移する様子を記述した。さらにこの相転移に伴って表面フェルミアークが発展して行く様子を一般的に記述することができた。これにより、空間反転対称性が破れている場合に、パラメタ変化に伴い、通常の絶縁体からワイル半金属となりさらにトポロジカル絶縁体となる様子を、一般的に記述することができた。これは空間反転対称性が破れた系に一般的に適用できる汎用性の高い結果である。また表面の終端方法が変化することにより、フェルミアークが変化する様子についても記述を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２６年度の第一の結果である、スピン軌道相互作用が異なる領域同士の界面で、ループ状にギャップが閉じるケースについては、当初全く予想しなかった結果であり、界面状態に関する研究の途上で偶然発見されたものである。これは理論的に興味深い結果であると同時に、その実現ができれば興味深い。
また第二の結果であるワイル半金属の有効模型構築および表面状態の発展については、表面フェルミアークとトポロジカル絶縁体の表面ディラックコーンとの間の関係を、一般的な形で明らかにすることができた。これはシンプルで美しい結果であると同時に、汎用性がある重要な結果であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ワイル半金属系については、有効模型による解析がほぼ終了し、続いて結晶対称性を加味した研究を引き続いて行う。空間群２３０個のうち空間反転対称性が破れた空間群が１３８個あり、それらの系に関して、絶縁体から始めてパラメタ変化をさせギャップを閉じた際に、どのようなバンド構造が起こるかを解析する。またその結果を有効模型による解析結果と組み合わせて、トポロジーに基づくバンド構造の制御の理論を構築する。これにより空間反転対称性が破れたワイル半金属の物質探索のヒントが得られる。可能であれば第一原理計算の研究者と協力し、実際の物質を提案することも行う予定である。
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| Causes of Carryover |
平成２６年度は予想以上に研究が進展したため、そうした研究成果の発信は研究が一段落してからにすることにして、平成２６年度内での研究成果の発信を一部見合わせたことがあり、またその進展に伴い追加で計算する必要が出てきたことによる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
成果発信のための旅費に約６０万円程度、研究打ち合わせの旅費に約４０万円使用し、残りの約６０万円は数値計算等に用いる計算機関係の費用に使用する予定である。
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