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初貝 安弘
筑波大学
理工学群副学群長
数理物質系物理学域
筑波大学大学院
数理物質科学研究科
物理学専攻 教授
学際物質科学研究センター(TIMS)教授
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ResercherID: Y. Hatsugai
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Web 記事 - 201309のエントリ

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。
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今年もやります。まずは量子力学3. 冬は 統計力学2. 平成29年の新年あけましておめでとうございます。今年もあと192日!
最新ニュース
投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2017-04-21 19:57:50 (65 ヒット)

数理科学5 月号(2017年)に「物理学における線形代数:量子力学での展開」として小話を3つ書きました。1.量子もつれ, 2.平坦バンド, 3. ベリー接続としての単磁極.興味のある方はご覧ください.「物理学と数学のつながり」数理科学 5月号


投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2017-03-31 17:25:38 (76 ヒット)

We have discussed a mechanical system in 3D on a diamond lattice from topological view points. Its characteristic edge states are described in connection with the quantized Berry phases. The paper has been published in New J. Phys.


投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2017-03-28 08:30:34 (113 ヒット)

原子層科学 理論班の研究 のFacebook記事に 「傾いたり質量を持ったりするディラック粒子」 として寄稿しました。(原稿、含む英語版).原子層科学Facebookページはこちら"Tilted Dirac cones" in a facebook article of atomic layer project.


投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2017-03-11 08:51:14 (164 ヒット)

数学セミナー4月号, 36(2017)に2016年のノーベル物理学賞についての記事を書きました。「物質中に普遍的に存在するトポロジカルな構造」ご興味のある方はご覧ください。 日本評論社

(補足:記事中の写真の並びと名前がずれてることに校正時に気づきませんでした。左からHaldane, Kosterlitz, Thoulessの3氏です。おわびの上訂正いたします。)


投稿者 : hatsugai 投稿日時: 2016-12-28 12:07:44 (174 ヒット)

We have extended the chiral symmetry to the case with tiled Dirac fermions on lattice. The paper is published in Phys. Rev. B 94, 235307 (2016)


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