籠状構造を持つ系における異常な格子振動の理論

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は研究課題に関する研究は行わなかったが、トポロジカル絶縁体の研究において進展があった。まず、トポロジカル絶縁体の接合における電荷とスピンの輸送特性を調べた。外部電場によりラシュバスピン軌道相互作用の大きさを変えていくと、界面に垂直に入射した電子の透過率は0から1まで連続的に変化する。これに伴ってコンダクタンスも大きく制御できることを示した。これを対称性の観点から理解できることも分かった。これにより、このような振る舞いを示す系を見つける一つの指針が与えられ、また界面の詳細によらず生じる現象であることが分かる。この接合系では界面に平行にスピンホール流が誘起され、その大きさを向きまで含めて制御することができることも示した。これはスピンを用いた新デバイスのきっかけとなりうる。次に二次元のトポロジカル絶縁体における乱れとラシュバスピン軌道相互作用の効果を解析し、通常絶縁体の乱れが大きくなっていくと、通常絶縁体→金属→トポロジカル絶縁体→金属→通常絶縁体、という四回もの多重転移が可能なことが分かった。ラシュバスピン軌道相互作用の効果により、一度金属になってから乱れ誘起のトポロジカル絶縁体になる。この一連の相転移を自己無撞着ボルン近似から求めたバンドパラメーターのくりこみから理解できることも示した。二次元のトポロジカル絶縁体であるHgTe量子井戸においては、ゲート電極によりラシュバスピン軌道相互作用の大きさとフェルミエネルギーを連続的に変化させられるので、本研究により明らかになった多重転移を実験的にも検証できると期待される。この他に、トポロジカル絶縁体における端状態の詳細な振る舞いを解析し、ブリルアン域境界の近傍にも端状態があることを見出し、また、格子系における端状態を解析的に導出することにも成功した。