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中性子産業利用推進協議会

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     量子磁性体でのトポロジカル準粒子の観測に成功
    - トポロジカルに保護された磁性準粒子端状態の予言 -

 東北大学多元物質科学研究所 那波和宏助教,佐藤卓教授,東京工業大学理学院 田中公彦大学院生(研究当時),田中秀数教授,日本原子力研究開発機構 J-PARCセンター 中島健次研究主席らの研究グループは,化学式Ba2CuSi2O6Cl2で表される量子反強磁性体において,トリプロンと呼ばれる磁気準粒子がトポロジカルに非自明な状態を形成することを明らかにし,トポロジカルに保護された端状態の存在を提案しました.本物質はトポロジカル絶縁体の最も基礎的な電子模型であるSu-Schriffer-Heeger(SSH)模型を,磁気準粒子を用いて実現する初めての物質例です.本物質で実現する端状態の物性を実験的にとらえることができれば,将来的には省エネルギー情報伝達材料の高度化にもつながると期待されます.
本研究成果は,2019年5月8日に「Nature Communications」オンライン版に掲載されました.

K. Nawa, K. Tanaka, N. Kurita, T. J. Sato, H. Sugiyama, H. Uekusa,
 S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, and H. Tanaka, "Triplon band splitting and topologically protected edge states in the dimerized antiferromagnet", Nature Communications 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-10091-6

201805-1.png
図A:(上)非弾性中性子散乱実験によって観測されたトリプロンの分散関係
 (上側の1本の分散が2.6 meVにおいてエネルギーギャップを持っている)
(下)遷移確率が大小交互に並ぶ場合に予想されるトリプロンの分散関係
(実験結果とよく一致している)

201805-2.png
図B Ba2CuSi2O6Cl2でのトリプロンの分散関係を2次元的に結合するSSH模型を用いて
  再現したもの(三角錐はSSH模型における仮想磁場を表している)

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