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絶縁体

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1: 2016/07/23(土) 09:20:26.52 ID:CAP_USER
光照射だけでスピン偏極電流が発生する磁性トポロジカル絶縁体 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160720_4/
光照射だけでスピン偏極電流が発生する磁性トポロジカル絶縁体 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160720_4/digest/


現在、電子の持つ電荷とスピンの両方を利用する新しい電子工学で、次世代の省電力・不揮発性の電子素子の動作原理を提供すると期待されている「スピントロニクス」の研究が進展しています。そのような中、スピントロニクス応用への有力な候補の一つが「トポロジカル絶縁体」です。

トポロジカル絶縁体は、内部は絶縁体であるにもかかわらず、表面にはスピン(電子の自転運動)の向きが揃った(スピン偏極した)ディラック電子が流れており、金属のように電気伝導を示します。通常は、逆向きにスピン偏極した電子も流れているため磁性を示しませんが、電流を流すと特定の向きのスピン密度が増加して、磁気的性質が変化します。この変化をスピントロニクスに応用したいのですが、電流を流すことで熱が発生してエネルギーが逃げてしまうという欠点があります。

一方で、物質が光を吸収することで電子の運動状態が変化したときに生じる電流を「光電流」といいます。発生した光電流のスピンが揃っている場合は、スピン偏極光電流と呼ばれます。

続きはソースで

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引用元: 【物性物理学】光照射だけでスピン偏極電流が発生する磁性トポロジカル絶縁体 高速スピントロニクスへの応用に前進 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/06/04(土) 17:33:49.44 ID:CAP_USER
【プレスリリース】スピンをレーザーで制御する 〜レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測〜 - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/46935


1.発表者:

津山 智之(研究当時:東京大学大学院工学系研究科 修士課程2年)

Suvankar Chakraverty(研究当時:理化学研究所創発物性科学研究センター 研究員)

十倉 好紀(東京大学大学院工学系研究科 教授、理化学研究所創発物性科学研究センター センター長)

和達 大樹(東京大学物性研究所 准教授)


2.発表のポイント:

•軟 X 線(注1)の反射率の磁気円二色性(注2)を用いて、強磁性の絶縁体酸化物の薄膜において、磁性が消えていく消磁と金属化していく様子の観測に成功した。

•レーザー(注3)を強くあてることで絶縁体であった薄膜が金属となり、消磁の時間スケールが短くなるという画期的な成果を上げた。

•スピンの制御をレーザー強度で調節できる本成果は、レーザーにより磁気情報を場所ごとに操作するなどの実用化につながることが期待される。


3.発表概要:

 放射光施設における軟 X 線を利用した磁気円二色性測定は、最近の技術革新により薄膜やナノサイズの極小試料における磁化の観測が元素別に可能になるなど、物質科学だけでなく、次世代のデバイスとして期待されているスピントロニクスへの応用が期待されています。一方、スピントロニクスにおいては、高速化に向けてスピンの制御を磁場でなくレーザーなどの光により行うことが求められています。東京大学物性研究所の和達大樹(わだちひろき)准教授と同大学院工学系研究科の十倉好紀(とくらよしのり)教授(理化学研究所創発物性科学研究センター センター長)らの研究グループは、ドイツの Helmholtz-Zentrum Berlin の研究グループと共同で、強磁性で絶縁性を示す鉄酸化物 BaFeO3の時間分解磁気円二色性測定(注4)を行い、レーザーを照射することにより消磁と絶縁体から金属への転移(注5)の観測に成功しました。更にレーザー強度を上げていくことで、絶縁体であった薄膜が金属化すると同時に消磁していく時間が短くなることが分かりました。本成果は今後、レーザーによる磁気情報の書き込みなどの際に、レーザー強度によって場所ごとに書き込む情報を変えるなどの応用につながることが期待できます。

 この研究成果は、米国科学誌 Physical Review Letters(6月6日(月)オンライン予定)に掲載されます。

続きはソースで

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引用元: 【物性物理学】スピンをレーザーで制御する レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/03/21(月) 12:05:00.66 ID:CAP_USER.net
ディラック電子系に潜む普遍性を実証 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160319_1/
ディラック電子系に潜む普遍性を実証 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160319_1/digest/


ディラック粒子とは、もともと真空中を光速に近い速度で運動する電子やニュートリノといった、私たちの日常生活のエネルギースケールとはかけ離れた粒子のことです。
しかし最近、それと同じ運動方程式(ディラック方程式)に従って運動する電子が物質中にも見つかり、注目を集めています。その代表的な例が、グラフェンの中に現れるディラック電子です。

グラフェンは鉛筆の芯の材料などで知られるグラファイト(黒鉛)を単層に剥離したもので、その中の電子の運動速度は光速の約1/300ほどですが、骨格となる炭素ネットワークのハニカム(蜂の巣)構造により、質量がゼロのディラック電子として振る舞います。
ディラック電子にも普通の電子と同じ電荷やスピン(電子の自転)の自由度がありますので、物質中で多数のディラック電子が集まって示す電気的・磁気的な性質が、通常の電子とどのように違うかが、物性科学的に興味を持たれています。

とくに、ディラック電子の集団が示す物性が「金属であるか、絶縁体であるか」が注目されています。
ディラック電子の集団は、電子が自由に動き回る場合は「半金属」ですが、電荷間に働くクーロン力が強くなると、質量がゼロであったディラック電子が質量を持つようになり、「絶縁体」に相が転移します。
またそれに伴い、隣り合う電子の間のスピンが逆向きに整列した「反強磁性体」状態になることはよく知られていました。
しかし、これまで、電子間相互作用で引き起こされる「金属―絶縁体」の相転移の普遍的な性質については分かっていませんでした。

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引用元: 【物性物理学】ディラック電子系に潜む普遍性を実証 世界最大規模のシミュレーションで金属-絶縁体転移の臨界指数を決定

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1: 2016/01/23(土) 12:10:48.29 ID:CAP_USER.net
共同発表:トポロジカル絶縁体による4π周期の超伝導状態を世界で初めて観測
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160122/index.html


ポイント
通常の基本粒子とは異なる「マヨラナ粒子」の検証には、トポロジカル絶縁体と超伝導体を接合させた試料構造を用いることが有効ですが、取り扱いが難しくほとんど研究が進んでいませんでした。
今回、トポロジカル絶縁体と超伝導体の接合を検討するなかで、エネルギーがゼロとなる状態を持つアンドレーフ束縛状態の観測に世界で初めて成功しました。
この結果は、理論予測されている「保護された超伝導状態」の生成に有望であり、マヨラナ粒子の実証へ繋がることが期待できます。
今後、マヨラナ粒子の実証実験やその制御法の開発をさらに進めることで、環境変化に対して極めて安定なトポロジカル量子コンピューターの開発へ応用が期待できます。


JST 国際科学技術共同研究推進事業(戦略的国際共同研究プログラム)の一環として、東京大学 大学院工学系研究科の樽茶 清悟 教授、理化学研究所(理研) 創発物性科学研究センターのラッセル・スチュワート・ディーコン 研究員、大阪大学 産業科学研究所の大岩 顕 教授、ドイツのビュルツブルグ大学のローレンス・モーレンカンプ 教授らのグループは、トポロジカル絶縁体注1)と超伝導体の接合において、エネルギーがゼロとなる状態を持つアンドレーフ束縛状態注2)を観測することに世界で初めて成功しました。
この結果は、同接合が理論的に予測されている「保護された超伝導状態注3)」の生成に有望であることを示すもので、これにより通常の基本粒子とは異なる粒子「マヨラナ粒子注4)」の検証実験が大きく進むことが期待されます。

マヨラナ粒子を用いるとエラーの影響を受けにくい量子コンピューティングの開発が可能になることから、マヨラナ粒子の検証に向けて、世界的に集中的な研究が行われています。
トポロジカル絶縁体と超伝導体の接合はその検証実験ための有力な試料構造とされていますが、ほとんど研究が進んでいません。
本成果は、電気的性質に優れたトポロジカル絶縁体であるテルル化水銀(HgTe)を用いてジョセフソン接合注5)を作り、マイクロ波を照射したときに発現する超伝導特性の量子化値注6)が通常の倍になることを観測することによって同接合がマヨラナ粒子の生成に有用な試料構造であることを示しました。

近年、周囲の環境変化によって発生するエラーの影響を受けにくい量子コンピューティングが着目されていますが、今後、マヨラナ粒子の検証実験やその制御法の開発を行うことで、環境変化に対して極めて安定なトポロジカル量子コンピューター注7)の開発への応用が期待できます。

本研究成果は、2016年1月22日(日本時間)に英国のオンライン科学誌「Nature Communications」に公開されます。

続きはソースで

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引用元: 【量子力学】トポロジカル絶縁体による4π周期の超伝導状態を世界で初めて観測 環境雑音に強い量子コンピューターへの期待膨らむ

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1: 2015/11/03(火) 09:53:11.84 ID:???.net
光で電気の流れを制御する仕組みを開発―東工大・深谷亮氏ら | 研究・開発 - 財経新聞
http://www.zaikei.co.jp/article/20151102/276454.html
常識を覆し、光で電気の流れを止める | 東工大ニュース | 東京工業大学
http://www.titech.ac.jp/news/2015/032494.html

画像
http://www.titech.ac.jp/news/img/n001081_fukaya_fig1.jpg
図1. (a)光を使った電気特性制御のスキーム、(b)光で生成した絶縁体状態および(c)金属状態におけるホールペアの流れ。
http://www.titech.ac.jp/news/img/n001081_fukaya_fig2.jpg
図2. (a)実験および(b)理論計算により得られた光照射前後の反射率スペクトル。
http://www.titech.ac.jp/news/img/n001081_fukaya_fig3.jpg
図3.(a)金属状態の試料に単一の光パルスを照射したとき、及び(b)第一光パルスで生成した状態にさらに第二光パルスを照射したときの反射率の時間変化。光照射直後(0ピコ秒)の塗りつぶされている応答が、金属から絶縁体の変化に対応している。(b)では、第一光パルスによる反射率変化を除いている。


 東京工業大学の深谷亮産学官連携研究員らの研究グループは、銅酸化物超伝導体中の電気の流れをレーザー光でオフ・オンする方法を発見した。

 電気的には実現不可能な応答速度で物質の特性を高速に切り替えられれば、次世代の高速光スイッチングデバイスへの応用展開ができる。そのため、光を利用して物質中の電子の動きを自在に制御する技術や、物質の光学的・磁気的・電気的性質などを光で変化させる光機能性材料の開発が世界中で精力的に行われている。

 今回の研究では、金属状態の梯子型銅酸化物結晶(ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物)の電気伝導性を0.1ピコ秒の時間幅を持つパルスレーザー光照射で瞬時に抑制することに成功した。

続きはソースで

ダウンロード (1)

 なお、この内容は「Nature Communications」に掲載された。論文タイトルは、「Ultrafast electronic state conversion at room temperature utilizing hidden state in cuprate ladder system」。

引用元: 【技術】常識を覆し、光で電気の流れを止める 10兆分の1秒の高速光スイッチングデバイスに道 東工大など

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1: 2015/06/13(土) 22:34:00.07 ID:???.net
NIMS、光が表面のみを散乱せずに伝わるフォトニック結晶を発見 | サイエンス - 財経新聞
http://www.zaikei.co.jp/article/20150610/253390.html
光が表面を散乱せずに伝わる新しいフォトニック結晶を発見 - プレスリリース | NIMS
http://www.nims.go.jp/news/press/06/201506080.html

画像
http://www.zaikei.co.jp/files/general/2015061017002070big.jpg
フォトニック結晶の模式図。絶縁体や半導体の円柱(ナノロッド)が蜂の巣格子に並んでいる。 電磁波が漏れないように、金属で上下を挟んでいる。(物質・材料研究機構の発表資料より)

http://www.nims.go.jp/news/press/06/hdfqf1000006k1b4-img/p201506080_press_release_full.png
プレスリリースの図2: 上段:蜂の巣格子に並んだ円柱からなるフォトニック結晶を上からみた場合の模式図。最隣接した円柱を六角形クラスターに区分けしたうえ、形状とサイズを一定にしたまま、六角形クラスター同士の間隔を、蜂の巣格子(中列)から、伸ばした場合(左列)と縮めた場合(右列)に得られるフォトニック結晶。下段:それぞれの場合に対応するフォトニック結晶の波数と周波数の関係。但し、a0は六角形の中心から計った六角形クラスター間の距離で、Rは六角形の一辺の長さである。


 物質・材料研究機構(NIMS)の古月暁主任研究者・呉龍華NIMSジュニア研究員のグループは、光の透過や屈折を制御するフォトニック結晶において、光を含む電磁波が、表面のみを散乱することなく伝わる新しい原理を解明した。

 近年、物質の表面だけに特別な性質が現れるトポロジカル特性を持つ物質の研究が、活発に行われている。フォトニック結晶においても、通常は光が結晶内を通過する際に欠陥などによって散乱してしまうが、トポロジカル特性を実現することで、散乱することなく光の透過を制御することができ、光による効率のよい情報伝播機能を実現することができると考えられている。

続きはソースで

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 なお、この内容は「Physical Review Letters」に掲載された。論文タイトルは、「Scheme for Achieving a Topological Photonic Crystal by UsingDielectric Material」。

引用元: 【光学/材料科学】光が表面を散乱せずに伝わる新しいフォトニック結晶を発見 NIMS

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