原子層の層間スライドによる電荷輸送現象の理論的解明

これまでツイスト積層物質の層間スライドによる電荷ポンプは、ツイスト二層グラフェンに限られており、他の物質での物性は未解明であった。そこで令和5年度は他のツイスト積層物質に関する研究を行った. ツイスト接合した2つの3次元トポロジカル絶縁体の接合面における電子状態を理論的に調べた. トポロジカル表面Dirac円錐がブリルアンゾーン境界の中点に現れる場合, モアレ模様の異方性の有無に関わらず, 接合面の表面状態がモアレ相互作用により１次元電子状態を形成することを明らかにした. その電子状態は互いに反対向きのスピンを逆方向に伝搬し, スピン反転を起こさないような不純物散乱に対して安定なスピン流を生成する. その1次元電子状態はツイスト接合面に並行に配置され, 朝永Luttinger液体の２次元配列を実現することが期待される. さらに1次元状態間結合はツイスト角により調整可能であり, 2次元非フェルミ液体などの新奇物性を研究する新しい舞台となると考えられる. さらにこのような１次元電子状態は, ツイスト角が磁場と等価な役割を果たす, 有効的なランダウ準位として理解できることを明らかにした.また二層ツイスト系からさらに理論を展開し, バルク物質と二次元物質のツイスト系の電子状態も研究した. そのために, 国際共同研究をDi Xiao教授, Matthew Yankowitz教授を行った. グラフェンとグラファイトをツイストして重ねたモアレグラファイトの輸送現象の測定について, 理論計算を担当した.これらの成果は, 二層ツイストグラフェン以外の層間スライドによる電荷ポンプを調べるために必須の研究である. これらの結果により, ツイスト積層物質の層間スライドによる電荷ポンプを様々な物質に対し拡張することができる.

これまでツイスト積層物質の層間スライドによる電荷ポンプは、ツイスト二層グラフェンに限られており、他の物質での物性は未解明であった。そこで令和5年度は他のツイスト積層物質に関する研究を行った. ツイスト接合した2つの3次元トポロジカル絶縁体の接合面における電子状態を理論的に調べた. トポロジカル表面Dirac円錐がブリルアンゾーン境界の中点に現れる場合, モアレ模様の異方性の有無に関わらず, 接合面の表面状態がモアレ相互作用により１次元電子状態を形成することを明らかにした. その電子状態は互いに反対向きのスピンを逆方向に伝搬し, スピン反転を起こさないような不純物散乱に対して安定なスピン流を生成する. その1次元電子状態はツイスト接合面に並行に配置され, 朝永Luttinger液体の２次元配列を実現することが期待される. さらに1次元状態間結合はツイスト角により調整可能であり, 2次元非フェルミ液体などの新奇物性を研究する新しい舞台となると考えられる. さらにこのような１次元電子状態は, ツイスト角が磁場と等価な役割を果たす, 有効的なランダウ準位として理解できることを明らかにした.また二層ツイスト系からさらに理論を展開し, バルク物質と二次元物質のツイスト系の電子状態も研究した. そのために, 国際共同研究をDi Xiao教授, Matthew Yankowitz教授を行った. グラフェンとグラファイトをツイストして重ねたモアレグラファイトの輸送現象の測定について, 理論計算を担当した.これらの成果は, 二層ツイストグラフェン以外の層間スライドによる電荷ポンプを調べるために必須の研究である. これらの結果により, ツイスト積層物質の層間スライドによる電荷ポンプを様々な物質に対し拡張することができる.