Theory of emergent inductor and capacitor based on topological materials science

基于拓扑材料科学的新兴电感电容理论

• 批准号: 22K03538
• 负责人: 荒木 康史
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03538/
• 关键词: トポロジカル絶縁体; スピントロニクス; 磁性体; 創発インダクタ; 磁性; トポロジカル物質

2022年度は主に、本研究計画全体の基礎となる、トポロジカル絶縁体における創発インダクタンス・キャパシタンスの基礎理論の構築を行った。トポロジカル絶縁体特有の電磁応答（トポロジカル電磁応答）と、磁性絶縁体における磁気揺らぎ（スピン波）の協調により現れる、インダクタンス・キャパシタンスを扱った。トポロジカル電磁応答を記述する「トポロジカル場の理論」に基づき、スピン波、及び素子に働く電磁場の自由度を導入した定式化を行った。この理論に対して経路積分方式を適用することにより、トポロジカル絶縁体の接合系が交流電流・電圧に対して示す特性を記述する、複素インピーダンスを導出するための理論的枠組みを構築した。この基礎理論の適用例として、様々な次元におけるトポロジカル絶縁体の示す、インダクタンス・キャパシタンスを導出した。特に、現在実験において広く使われる、3次元トポロジカル絶縁体と磁性絶縁体の接合界面について、インダクタとしての特性を評価した。その結果、この接合系は最高で約1GHzという高周波数帯で、且つ1μA程度の低電流でもインダクタとして動作することを示した。これは、トポロジカル絶縁体は表面にのみ伝導状態を持つため、内部に余分な電流を流すことなく動作するためである。この特性を用いると、素子の電力効率を記述する品質係数（Q値）は、1GHz帯では100-1000という高値を達成できることを示した。この値は現在市販されている高周波インダクタの最高値に匹敵するものである。この接合系は10-20nm程度という薄膜化が可能であるため、高周波信号処理回路の圧倒的な集積化への適用が期待される。本研究成果については日本物理学会（春季大会）で口頭発表を行い、現在論文を投稿中である。また、本研究成果の実施形態について特許出願を行った。

2022 annual は に Lord, this research project all の と な る, ト ポ ロ ジ カ ル never try body に お け る gen 発 イ ン ダ ク タ ン ス · キ ャ パ シ タ ン ス の basic theory の line build を っ た. ト ポ ロ ジ カ ル never try body の unique electromagnetic 応 answer (ト ポ ロ ジ カ ル electromagnetic 応 answer) と, magnetic never try に お け る magnetic 気 揺 ら ぎ (ス ピ ン wave) の coordination に よ り now れ る, イ ン ダ ク タ ン ス · キ ャ パ シ タ ン ス を Cha っ た. ト ポ ロ ジ カ ル electromagnetic 応 answer を account す る "ト ポ ロ ジ カ ル の theory" に base づ き, ス ピ ン wave, and び に 働 く の degrees of freedom electromagnetic field を import し た demean を line っ た. こ の theory に し seaborne て 経 path integral approach を applicable す る こ と に よ り, ト ポ ロ ジ カ の ル never try body joint is が alternating current, electric 圧 に し seaborne て in す features を account す る, complex element イ ン ピ ー ダ ン ス を export す る た め の theory group 枠 み を build し た. こ の の basis theory for example と し て, others 々 な dimensional に お け る ト ポ ロ ジ カ ル never try body の す, イ ン ダ ク タ ン ス · キ ャ パ シ タ ン ス を export し た. に, now be 験 に お い て hiroo く make わ れ る, 3 dimensional ト ポ ロ ジ カ ル never try body と magnetic never try body の joint interface に つ い て, イ ン ダ ク タ と し て の features を review 価 し た. そ の results, こ の joint is about 1 GHZ は highest で と い う high frequency count 帯 で, 1 mu A degree and つ の low current で も イ ン ダ ク タ と し て action す る こ と を shown し た. こ れ は, ト ポ ロ ジ カ は ル never try body surface に の み 伝 guide state を hold つ た め, internal に points な electric current to flow を す こ と な く action す る た め で あ る. こ の features を with い る と, plain child の electricity account working rate を す る quality factor (Q) nt) は, 1 GHZ 帯 で は 100-1000 と い う high numerical を reached で き る こ と を shown し た. The <s:1> <s:1> value is currently available in the market at されて る る. The high-frequency <s:1> ダ タ タ タ <s:1> has the highest value に that is comparable to する <e:1> である である. こ の joint department は 10-20 nm level と い う film change が may で あ る た め, high frequency signal 処 loop の 圧 な set product of inverted へ の applicable が expect さ れ る. The research results of this study are に, に, て, て. They were presented orally at the Japanese physical society (Spring Conference) で and を. They are now available for submission at を. Youdaoplaceholder0, the implementation form of the research results of this study is に に て て て. Special grant: を practice: った.

项目成果

トポロジカル電磁応答に起因した創発インダクタンス・キャパシタンス

由于拓扑电磁响应而产生的电感和电容

• 发表时间: 2023
• 作者: 荒木康史;家田淳一
• 通讯作者: 家田淳一

薄膜インダクタ素子、薄膜可変インダクタ素子及び積層薄膜素子の使用方法

薄膜电感元件、薄膜可变电感元件、叠层薄膜元件的使用方法

• 发表时间: 2022