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初貝 安弘 ORCID iD icon
物理学専攻 教授
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ResercherID: Y.Hatsugai

Web 記事 - 久しぶりにグラフェンとは?


カテゴリ : 
研究解説:  » グラフェン
執筆 : 
hatsugai 2013-9-16 23:19
グラフェンとは炭素原子が蜂の巣格子状に結晶化した2次元つまり絨毯状の 物質である。単体の炭素にはグラファイト、ダイヤモンド、C60等 幾つもの同素体 が存在するが、 グラフェンもその1つである。 蜂の巣格子は 周期格子であるが、ある単位胞を2次元の並進操作で並べて蜂の巣格子を つくるとき、単位胞には必ず2種類の原子が含まれる。よって固体物理学の一般論に 従えば、そのエネルギーバンドは2つからなり、中性のグラフェンは 半導体(絶縁体)となるはずであるが、 実際のグラフェンは、種々の意味で対称性が 高く、そのバンドギャップは消失し、ゼロギャップ半導体となる。 よって通常の半導体において使われる有効質量近似は破綻し その有効理論は P. Dirac が特殊相対論と整合的な量子力学のために導入したDirac 方程式の2次元版 となり、 特異な物理現象が期待されていた。 その一方で、ランダウ以来の結晶の安定性の理論によると1,2次元のマクロな完全結晶は 熱力学的に不安定であり、存在し得ないと考えられていた。 それにも、関わらず英国マンチェスター大学の A.Geim と K. Novoselov は剥離法という 驚くべき手法で実際にマクロで単層のグラフェンを合成することに成功し、 その功績により2010年のノーベル物理学賞を受賞した。百聞は一見にしかずである。 ゼロギャップ半導体である グラフェンのフェルミエネルギー近くでの エネルギー分散は$E=\pm cp$ と相対論的な形となるが「光速$c$」は光の速度$c_{light}$ではなく$c\sim c_{light}/300$と実際の光速より大幅に小さい(遅い光!)。 よって、グラフェン中の電子が動き回る世界は、 まさに G. Gamow の不思議の国のトンプキンスが住む 「遅い光」の世界である。グラフェンで観測された原子崩壊はその一つの例である。


今年もやります。まずは量子力学3(遠隔). 冬は 統計力学2 改め物性理論4 (大学院「ベリー接続の理論とバルクエッジ対応」). 令和二年の新年あけましておめでとうございます。今年もあと178日!
投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2020-06-18 07:34:20 (69 ヒット)

Linear electric circuits are one more non-quantum platform of the topological phenomena such as bulk-edge correspondence we have been working around. Then its non-hermitian extension with/without symmetry is surely of the important targets. We have here discussed mirror skin effects of the non-hermitian electric circuit where the boundary states dominate on the mirror symmetric lines. Also possible realization is proposed. Have a look at "Mirror skin effect and its electric circuit simulation" by Tsuneya Yoshida, Tomonari Mizoguchi, and Yasuhiro Hatsugai, Phys. Rev. Research 2, 022062(R) (2020) (Open access).

投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2020-06-09 12:11:19 (88 ヒット)

We have been proposing a systematic construction scheme of flat bands by molecular orbitals (MO). Now it is extended for systems with non trivial topology where non trivial bands with non zero Chern numer may cross the flat bands although the Chern number of the flat band itself is vanishing. We have presented a various other examples such as the Haldane model and the Kane-Mele model of the MOs'. Have a look at Systematic construction of topological flat-band models by molecular-orbital representation" by Tomonari Mizoguchi and Yasuhiro Hatsugai, Phys. Rev. B 101, 235125 (2020) also arXiv:2001.10255.

投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2020-03-15 00:55:42 (272 ヒット)

Topological phases are everywhere. Higher order topological phases are realized in a spring mass model on a Kagome lattice. Berry phases quantized in a unit of 2π/3 predict localized vibration modes near the corner of the system. This quantization is due to a symmetry protection. Have a look at our paper in Physical Review B. Most of the topological phenomena are realized in a mechanical analogue, which are much accessible without any real high-tech. Of course, it is still a non-trivial task.

投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2020-02-26 09:17:33 (402 ヒット)

Pierre Delplace (Laboratoire de Physique, École Normale Supérieure de Lyon, France) will be telling us on his series of works as a title "Topological waves from condensed matter to the atmosphere". Audience from various area is welcome such as physics and geophysics. The talk is from 14:00 Feb. 27 (2020) at B118. See details in pdf. Join us.

投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2020-01-15 01:17:36 (519 ヒット)

ZQ Berry phase, that is quantized due to symmetry, is defined and used successfully for characterization of 2D/3D higher order topological phases with/without interaction. Both for spins and fermions. The article by Hiromu Araki, Tomonari Mizoguchi and Yasuhiro Hatsugai has been published in Physical Review Research. Also it is highlighted here as one of the Rapid Communications. Have a look at !

    [0] バルクとエッジ
    [1] 集中講義
    [2] 原論文と解説
    [3] トポロジカル秩序とベリー接続:日本物理学会誌 「解説」 [JPS-HP] [pdf]
    [4] "Band gap, dangling bond and spin : a physicist's viewpoint" [pdf] [Web]
    科研費 1992年度:電子系スピン系におけるトポロジカル効果
    科研費 1994年度:物性論におけるトポロジーと幾何学的位相
    [1] MIT, Boston (2003)
    [2] APS/JPS March Meeting (2004)
    [3] JPS Fall meeting, JAPAN (2004)
    [4] APS/JPS March meeting (2005)
    [5] JPS Fall meeting (2005):Entanglement
    [6] Superclean workshop, Nasu (2006)
    [7] MPIPKS, Dresden (2006)
    [8] KEK, Tsukuba (2007)
    [9] ETH, Zurich (2008)
    [10] ICREA, Sant Benet (2009)
    [11] JPS Meeting, Kumamoto (2009)
    [12]HMF19, Fukuoka (2010)
    [13] NTU, Singapore (2011)
    [14] ICTP, Trieste (2011)
    [15] Villa conf., Orland (2012)
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