空間的制御を用いたトポロジカル端状態・表面状態の混成機構の理論的解明

利用空间控制理论阐明拓扑边缘态和表面态的杂化机制

• 批准号: 18J22113
• 负责人: 横溝 和樹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22113/
• 关键词: 非エルミート系; 一般化ブリルアンゾーン; 非エルミート表皮効果; トポロジー; ブロッホバンド理論; バルクエッジ対応; トポロジカル相転移; ノーダルライン半金属; 超格子; 量子異常ホール効果; 非エルミート; 複素ブロッホ波数

今年度は、非エルミート系におけるブロッホバンド理論を用いた応用的な研究を行った。まず、1次元非エルミート系における例外点を伴ったトポロジカル半金属相の出現機構を解明した。この半金属相は、トポロジカルに自明な絶縁相と非自明な絶縁相の中間相として出現する。そして、その出現は一般化ブリルアンゾーンに起因する。つまり、系のパラメータ変化に応じて一般化ブリルアンゾーンが縮退点を保持するように変形する。このようなブリルアンゾーンの変形はエルミート系では見られない。したがって、このトポロジカル半金属相は非エルミート系に特有である。次に、ボゾン型Bogoliubov-de Gennes方程式で記述される系を上記のブロッホバンド理論を用いて解析した。その結果、このような系は非エルミート表皮効果を発現することを見出した。非エルミート表皮効果とは、バルクの全ての固有状態が系の境界に局在する現象のことである。さらに一般化ブリルアンゾーンを計算することで、系にエルミート性と非エルミート性がそれぞれ共存していることを明らかにした。本研究により、ボゾン型Bogoliubov-de Gennes方程式で記述される系が本質的に非エルミート系であることが解明された。最後に、エルミート系における高次トポロジーに由来した非エルミート表皮効果の研究を行った。これまでに、2次元系における非エルミート表皮効果は系のエッジに局在することが知られていた。本研究において我々は、系のコーナーに局在する状態の存在を理論的に予言した。そして、この状態はエルミート系における高次トポロジーによるバルク・コーナー対応に起因していることを示した。エルミート系における高次トポロジーは結晶対称性が重要な役割を果たす。したがって、今後、非エルミート系における結晶対称性とそれに由来した高次トポロジーの役割が解明されることが期待される。

今年，我们利用布洛赫能带理论在非厄米系统中进行了应用研究。首先，我们阐明了一维非厄米体系中具有特异点的拓扑半金属相的出现机制。该半金属相表现为拓扑平凡绝缘相和非平凡绝缘相之间的中间相。而它的出现是由于广义布里渊区的缘故。换句话说，广义布里渊区响应系统参数的变化而变形，以维持简并点。在厄米系统中没有观察到布里渊区的这种变形。因此，这种拓扑半金属相是非厄米系统的特征。接下来，我们使用上述布洛赫能带理论分析了玻色子 Bogoliubov-de Gennes 方程描述的系统。结果，我们发现这样的系统表现出非厄米集肤效应。非厄米集肤效应是一种所有体本征态都局域于系统边界的现象。此外，通过计算广义布里渊区，揭示了系统中厄米性质和非厄米性质共存。这项研究表明，玻色子Bogoliubov-de Gennes方程描述的系统本质上是一个非厄米系统。最后，我们研究了埃尔米特系统中高阶拓扑衍生的非埃尔米特趋肤效应。到目前为止，我们已经知道二维系统中的非厄米集肤效应位于系统的边缘。在这项研究中，我们从理论上预测了位于系统角落的状态的存在。我们还表明，这种状态是由埃尔米特系统中的高阶拓扑导致的体角对应引起的。晶体对称性在厄米系统的高阶拓扑中起着重要作用。因此，预计晶体对称性以及由此衍生的高阶拓扑在非厄米系统中的作用将在未来得到阐明。

项目成果

Topological semimetal phase with exceptional points in one-dimensional non-Hermitian systems

• DOI: 10.1103/physrevresearch.2.043045
• 发表时间: 2020-01
• 期刊: arXiv: Mesoscale and Nanoscale Physics
• 作者: Kazuki Yokomizo;S. Murakami

BdGハミルトニアンに対する非エルミートブロッホ理論の構築

BdG 哈密顿量的非厄米布洛赫理论的构建

• 发表时间: 2020
• 作者: Yokomizo Kazuki;Yamada Hiroaki;Murakami Shuichi;横溝和樹;Kazuki Yokomizo;横溝和樹
• 通讯作者: 横溝和樹

非エルミート系におけるブロッホバンド理論

非厄米系统中的布洛赫能带理论

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本物理学会誌
• 作者: 横溝 和樹;村上 修一
• 通讯作者: 村上 修一

Nodal-line semimetal superlattices

• DOI: 10.1088/1361-648x/aaeabe
• 发表时间: 2018-07
• 期刊: Journal of Physics: Condensed Matter
• 作者: Kazuki Yokomizo;Hiroaki Yamada;S. Murakami

1次元非エルミート系におけるバルクエッジ対応

一维非厄米系统中的体边支持

• 发表时间: 2019
• 作者: Yokomizo Kazuki;Yamada Hiroaki;Murakami Shuichi;横溝和樹;Kazuki Yokomizo;横溝和樹;横溝 和樹;Kazuki Yokomizo;横溝 和樹;Kazuki Yokomizo;横溝 和樹;横溝 和樹
• 通讯作者: 横溝 和樹