東大ら,新種のトポロジカル絶縁体の性質を解明

東京大学,米ハーバード大学,米マサチューセッツ工科大学,独マックスプランク研究所は共同で,近年注目されている「トポロジカル結晶絶縁体」や「高次トポロジカル絶縁体」と呼ばれる一連の物質群を包括的に取り扱うことができる新理論を提案した(ニュースリリース)。

研究グループは,近年,「物質のトポロジー」と「結晶構造の対称性」の関係を精力的に研究している。今回の成果はこれらの研究をさらに発展させたもの。

ここ数年における最新の研究により,元来の「トポロジカル絶縁体」の他にも「トポロジカル結晶絶縁体」や「高次トポロジカル絶縁体」と呼ばれる新しいクラスの物質群が存在することが明らかになってきた。

特に「高次トポロジカル絶縁体」と呼ばれるクラスの絶縁体では,従来のトポロジカル絶縁体のように物質の2次元表面が金属的になるのではなく,物質表面に1次元的な金属的部分が現れるという特徴がある。

そこで今回は,これらの新しいクラスのトポロジーと「結晶構造の対称性」との関係を詳細に調べ,表面の金属状態の構造を系統的に調べる研究を行なった。特に,全部で230種類ある結晶の対称性を用いて,これらの物質群に現れるトポロジーを系統的に分類し,「表面状態」の物理的性質を明らかにした。

この研究の成果は,今後デバイス開発などの実用に適した新たなトポロジカル物質を探索していく上での指導原理として,これを応用した新デバイスの開発,スピントロニクスや量子コンピューターの発展に役立つとしている。

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