積層２次元物質準結晶における物性理論の開拓

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グラフェンに代表されるような、原子が２次元的に整列した薄膜は一般に、２次元物質と呼ばれ広く研究されている。これまでの研究によってその物質群の多様性は多岐にわたり、また、さまざまな物理的性質が報告されている。さらに、異なる種類、物理的性質をもった２次元物質同士を重ねることでヘテロ積層系と呼ばれる人口結晶を合成することが可能であり、基礎・応用の両面で研究が進んでいる。こうした流れを背景にして、近年、ねじれ積層系が脚光を浴びている。特にグラフェンを微小な角度をつけて重ねるだけで超伝導状態が発言することが報告されて以来、ねじれ積層系にまつわる基礎研究が盛んである。さて、このねじれ積層系であるが、理論的視点から眺めてみると、微小角度での積層においてはモアレ模様という長周期構造が出現し、この構造に注目することで、超伝導の起源と思われるバンド構造などの電子状態が理解可能である。しかし一方で、ねじれの角度が大きくなると、モアレ長周期は次第に存在しなくなり、最終的にはあらゆる周期性が消失した準結晶状態となる。これは結晶を重ねるだけで準結晶となる新しいタイプのものであり、ねじれ積層準結晶と呼ばれる。本研究では、このねじれ積層準結晶の電子状態を理解すべく、30度ねじれグラフェンを舞台として、その理論的土台構築を試みた。特に本来準決勝では定義できないバンド構造に変わる擬バンド構造から出発し、光学特性や伝導、磁場中の状態を計算する方法などを提案した。