量子スピンホール効果を示す物質の探索

寻找具有量子自旋霍尔效应的材料

• 批准号: 19019004
• 负责人: 村上 修一
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19019004/
• 关键词: スピントロニクス; 表面・界面; ビスマス; スピンホール効果

量子スピンホール相を示す物質を、半金属ビスマスの関連物質を中心に探索した。この相は非磁性絶縁体のうちでZ_2トポロジカルナンバーが奇数であるものを探せばよい。我々は以前、1-bilayer(111)ビスマス薄膜が量子スピンホール相を示すという予想を行ったが、これは非常に単純化された模型に基づいており、実際の実験と関係付けるためには物質に即した第一原理計算が必要である。このため今年度は第一原理計算の助けを借りて精密な計算を行った。ビスマス薄膜のうち絶縁性をしめすのは(i)(111)1-bilayer薄膜、(ii){012}2-monolayer薄膜の2種であり、これらについて計算をした結果、(i)は量子スピンホール相となるが、(ii)はそうでなく通常の絶縁相であることが分かった。なお(ii)の場合は空間反転対称性がない結晶構造のため、相を同定するためのZ_2トポロジカルナンバーの計算が厄介である。これについてはいくつかの等価な計算式が知られているが、実際数値計算をしようとすると複数の方法の間に優劣が生じる。この点については格子ゲージ理論から提唱された計算の枠組みが知られており、試行錯誤の結果この計算法が非常にうまくいき、短時間で信頼できる結果が出せることが分かった。またこれらの系でのエッジ状態の計算も行い、エッジ状態の時間反転対の個数が(i), (ii)でそれぞれ奇数、偶数となり上記の相の分類と一致することを確かめた。これらのエッジ状態は、理論的に予測されているとおりスピン偏極している。スピン偏極の向きはほぼ薄膜面に垂直であるが、10-20%程度薄膜面の法線方向から傾いている。この結果は良質の薄膜が作成できれば実証可能であると考えられる。

Quantum chemistry This phase is opposite to the non-magnetic insulator. 1-Bilayer(111): The first principle of quantum physics. This year, the first principle of calculation is to help the calculation of precision. 2 kinds of calculation results of (i) quantum thin films,(ii) ordinary thin films,(iii) thin films,(iv) thin films,(v) thin films, In the case of (ii), the spatial symmetry of the crystal structure is determined by the phase symmetry of the crystal structure. In this case, the calculation formula is known to be correct, and the calculation of the actual number is correct. The point of the lattice is to calculate the group of the theory, to know the result, to try the error, to calculate the method, to calculate the result, to calculate the result, to The number of pairs of time pairs of the state of the system is (i),(ii), and the number of pairs of time pairs of the state of the system is (i), (ii), and the number of pairs of time pairs of the state of the system is (ii). The state of affairs of the State Council and the prediction of the theory of the State Council The polarization direction of the film surface is vertical, 10-20% of the normal direction of the film surface. The result is that the film is of good quality and can be made into a thin film.

项目成果

量子スピンホール相と絶縁相との間の相転移

量子自旋霍尔相与绝缘相之间的相变

• 发表时间: 2008
• 作者: 村上修一;磯暁;Yshai Avishai;小野田勝;永長直人
• 通讯作者: 永長直人

Universal phase diagrams for the quantum spin Hall systems

• DOI: 10.1103/physrevb.78.165313
• 发表时间: 2008-10-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Murakami, Shuichi;Kuga, Shun-ichi
• 通讯作者: Kuga, Shun-ichi

トポロジカルな超伝導とエッジ状態

拓扑超导和边缘态

• 发表时间: 2008
• 作者: S. Murakami;M. Wada;F. Freimuth and G. Bihlmayer;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一;村上修一
• 通讯作者: 村上修一

Universal phase diagram for the quantum spin Hall systems

量子自旋霍尔系统的通用相图

• 发表时间: 2008
• 期刊: Physical Review B 78
• 作者: Shuichi Murakami;Shun-ichi Kuga
• 通讯作者: Shun-ichi Kuga

ビスマスにおける量子スピンホール効果とエッジ状態の理論

铋中的量子自旋霍尔效应和边缘态理论

• 发表时间: 2008
• 作者: 小鷹浩毅;石井史之;(他5名;2番目);Shuichi Murakami;Mikito Koshino;Shinichi Tomimoto;村上修一
• 通讯作者: 村上修一