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Analysis of transport phenomena in topological materials using real-time evolution of quantum systems

利用量子系统的实时演化分析拓扑材料中的输运现象

基本信息

批准号：
19K03739
负责人：
三澤貴宏
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Waseda University (2020)The University of Tokyo (2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的はトポロジカル物質の特異な表面状態を利用した新奇輸送現象の解析を量子系の実時間発展を用いて明らかにすることである。開発をおこなった量子系の実時間発展のコードを用いて、強磁性体と接合したトポロジカルディラック半金属の実時間発展を記述する時間依存シュレディンガー方程式を数値的に解くことで、トポロジカルディラック半金属において生じる電流・スピン流の解析を行った。その結果、強磁性体で発生する振動磁場によって半量子化された電流及びスピン流がトポロジカルディラック半金属に誘起されることを示した。化学ポテンシャルに乱れを導入したシミュレーションを行い、この電流・スピン流は乱れに非常に強いことをしめした。また、スピン流伝搬の解析を行い、スピン流はほぼ減衰することなく長距離を伝搬できることも示した。さらに、このスピン流が反対側の強磁性体のスピンに対して、どのように影響を及ぼすかも、ランダウ-リフシッツ-ギルバート方程式と時間依存シュレディンガー方程式を連立して解くことで解析した。その結果、半量子化したスピン流の伝搬によって、半量子化されたトルクが生じることを明らかにした。従来、スピントロニクスの研究ではスピン流の生成源として金属や磁性絶縁体を用いることが多いが、これらの物質では乱れの効果や格子振動によるスピン流の減衰が大きいことが知られており、スピン流を用いた効率的な集積デバイスを作るうえでの障害となっていた。本研究成果は、トポロジカルディラック半金属を用いることで、このスピン流の減衰の問題を解決できることを示しており、トポロジカルディラック半金属を用いた革新的なスピントロニクスデバイス開発の可能性を切り拓いたといえる。

The purpose of this research is to analyze the novel transport phenomenon by using the special surface state of the quantum material, and to develop the quantum system. We can use the software to develop the real-time development of quantum systems, describe the real-time development of ferromagnets and bonded POROJICEL DERRACK semimetals, and numerically solve the time-dependent Schieldenheim equation, and analyze the current and current generated in POROJICEL DERRACK semimetals. As a result, ferromagnetic materials produce vibration magnetic fields, semi-quantized currents and currents, and semi-metallic induced currents. The chemical reaction is very strong. For example, if you want to change the size of the object, you can change the size of the object. The time dependent equation of the ferromagnetic material on the opposite side of the magnetic field is solved. The result of the semi-quantization is that the flow of light will be generated. In the future, the study of the source of the flow and the use of metal magnetic insulators will be carried out in a variety of ways. The results of this study are aimed at solving the problem of attenuation of flow in semi-metallic applications and exploring the possibility of innovative development of semi-metallic applications.