【物理】トポロジカル絶縁体のディラック状態を固体と固体の界面でも検出、理研など

理化学研究所(理研)と東京大学は2月20日、新物質のトポロジカル絶縁体(Bi1-xSbx)2Te3薄膜とインジウムリン(InP)半導体を接合した素子を用い、
トポロジカル絶縁体に特徴的なディラック状態を固体と固体の界面で検出したと発表した。

同成果は、東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻の吉見龍太郎博士課程大学院生(強相関物性研究グループ 研修生)、
菊竹航氏(強相関理論研究グループ 研修生)と、東京大学大学院 工学系研究科の塚�ｱ敦特任講師(現東北大学 金属材料研究所 教授および理研 客員研究員)、
ジョセフチェケルスキー特任講師(現マサチューセッツ工科大学 准教授および理研 客員研究員)、理研 創発物性科学研究センター 強相関界面研究グループの高橋圭上級研究員、
川�ｱ雅司グループディレクター(東京大学大学院 工学系研究科 教授)、強相関物性研究グループの十倉好紀グループディレクター(東京大学大学院 工学系研究科 教授)らによるもの。
詳細は、英国の科学雑誌「Nature Materials」に掲載される予定。

近年見いだされたトポロジカル絶縁体は、内部が絶縁状態で、表面が特殊な金属状態を示す新しい物質である。
特に、表面の金属状態はディラック電子が存在するディラック状態で、光学特性や熱特性、力学特性などに優れたナノ炭素材料のグラフェンにも見られるものである。
ディラック電子は、固体中で質量がなく、不純物の影響も小さいため、従来の半導体よりも高速で固体内を動くことができる。
この特性から、トポロジカル絶縁体は低消費電力素子としての応用が期待され、活発に研究が行われている。
しかし、これまでトポロジカル絶縁体のディラック状態は、真空と固体との境界である表面で実験的に検出されたことはあったが、実際に固体素子へ適用する上で、
必要となる固体と固体との界面では、ディラック状態の検出やその性質についての報告はなかった。

研究グループは、トポロジカル絶縁体の1つである(Bi1-xSbx)2Te3薄膜を既存の半導体材料のインジウムリン(InP)基板上に単結晶成長させ、両者を接合した素子を作製した。
そして、同素子に対して、物質界面の電気的特性を評価し、界面電子の状態を調べることが可能なトンネル伝導測定を行った。


まず、トンネル電流の大きさを磁場と電圧に対して調べた。
その結果、磁場を加えるに伴い、トンネル伝導度の変化量が電圧に対して振動する様子が観測された。
この振動はランダウ量子化と呼ばれる現象によるもので、電子の性質を調べる重要な手掛かりとなる。
さらに、この振動のピーク電圧の磁場変化を調べたところ、磁場の平方根に比例してピーク電圧が変化することが分かった。
この振る舞いはディラック電子に特徴的な振る舞いであり、検出された界面の電子状態がディラック状態であることを示している。

>>2に続く

マイナビニュース 2014/02/21 18:39
http://news.mynavi.jp/news/2014/02/21/477/

プレスリリース
http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140220_2/digest/
http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140220_2/

Nature Materials
Dirac electron states formed at the heterointerface between a topological insulator and a conventional semiconductor
http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n3/abs/nmat3885.html

>>1の続き

次に、界面でのディラック電子の速度(フェルミ速度)を試料組成比に対して調べた。磁場に対するピーク電圧の変化を解析することにより、
このフェルミ速度を求めることができる。
解析の結果、フェルミ速度は、組成に対して系統的に変化しており、
その速度がこれまで報告されていた同物質における表面に存在するディラック電子の速度とほぼ同じであることが分かった。
これにより、表面のディラック状態が、固体と固体との界面においても保持されていることを実証した。



ダイオードの最も基本的動作は整流作用だが、今回それをトポロジカル絶縁体で初めて実証した。
今後、3端子デバイスへの拡張が図れることができれば、ディラック状態を用いた高移動度トランジスタや低消費電力の論理回路などへの応用も期待できる。
また、従来、トポロジカル絶縁体であるかどうかの判別には、表面ディラック状態の光電子分光による観察が主だったが、
今回適用した固体界面でのトンネル伝導測定は今後の物質判別手法として重要になると考えられるとコメントしている。

真剣に読んだら頭痛くなってきた

ほうほう




さっぱり分からん

トポロジカル絶縁体なんて、学生のころはなかったな
ディラック状態を用いた高移動度トランジスタなんて、夢のまた夢ですな

百億の昼と千億の夜で「ディラックの海」という言葉を知って以来
はじめて見たわディラックw

なんだって？

何かの発見に被せるように発表？

さすが理研。よくわからないけど。

蛍光灯の時代が終わる

トポロジーは独学でやろうとしたが挫折したなあ
薄い割にはたっけー本買ったのだけど
引越しの時に、溜いろいろとめすぎた本と一緒に処分してしまった

位相幾何

うむ

スレタイから理解できません

つまり、増えるワカメがさらに増えるってことだな。

もう理研にはだまされない

よく解らんけどシマウマボールから初号機が出てくるのに成功したってこと？

人が立っているね

http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2011/images/32/04-b.jpg

「トポロジカル絶縁体のディラック状態を固体と固体の界面でも検出しといて。」
「えっ？」
「だから、トポロジカル絶縁体のディラック状態を固体と固体の界面でも検出しといてってば。」
「えええっ？」
「簡単でしょ？トポロジカル絶縁体のディラック状態を固体と固体の界面でも検出しろ。」
「アーッ！」

トポロジカル絶縁体のディラック状態を固体と固体の界面でも検出したら、
伝説の巨人ズゴック様の御真影が浮かび上がった件について。

位相幾何は原子配列辺りで投げ出しちゃったんだよなあ
ディラック電子は実用化できないんじゃないかって思ってたんだが、研究は進んでたんだなあ

老いた頭じゃついて行けないよ

>>1

記事書いたやつはバカだろ、

ボキャの羅列は悪文の典型。

>>18
ダークなオーラが出過ぎでﾜﾗﾀww

>>22
いや
このへんを理解しようとすると素養部分でのハードルがかなり高い
記事書いた人が理解しているかどうかは分からないが、
研究している当事者の記述でさえ、門外漢には理解しにくい

対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象
http://www.topological-qp.jp/

内容はわからんけど、これで、
分子数個からトランジスタができる、ってことでしょ。

つまり一つの箱の中にトップとボトムが同時にポロリする猫が存在するという訳だな。

海綿とXに加えてGの影が見えるんだが

>>25
正直途中はチンプンカンプンだけど、この記事の最後
> 今回適用した固体界面でのトンネル伝導測定は今後の物質判別手法として重要になると考えられるとコメントしている。

からだとプローブ（検査・捜査）の観点を重要視してそう

いつもはわけわからないここのスレタイだが
たまたまトポロジカル絶縁体について記憶にあったから
少し理解できた
確かに素子にするなら表面真空じゃないとダメじゃ
使えないよね

固体中の界面だとARPESは出来なさそうだし、新しい検出方法として有用と言いたいのだろう

経済畑の自分からすると、はっきり言ってちんぷんかんぷんだが、
まぁ何か楽しそうだな。うらやましいな。

せっかく研究者になったんだから、存分に研究を楽しんでくれや。

部外者の我々は、明日もまたマーケット相手に戦ってくるぜ。

トポロジカル絶縁体の表面にはディラック電子が存在するよ
ディラック電子は高速だから低消費電力になるよ

でも今までは　|固体|●|真空|　の●の部分の挙動しか分からなかったよ
トンネル伝導測定をしたら　|固体|●|固体|　の●の部分の挙動が分かったよ

よかったね
ってことかな

クリック募金よろしくね（＾０＾）

http://www.dff.jp/

使徒来襲！！　レリエル....

黒板に赤城センセが描いた絵はカミオカンデの図解らしい

俺物理学科卒だけど、さっぱり分からんｗ
個々の単語とかは大体分かるんだけど、全体として何がなんだか理解不能
こうして時代に取り残されていくのか・・・・

>>28
あのチリ紙交換に出す新聞をしばるような電子の動きが本命なのか、
盲点だった。

>>36
「非破壊検査」に対する期待だと思いますよ
ただ、発想は自由なので、思いもよらない方向への応用の可能性はありますけど

トッポがどうしたって？あ？

　　

機械と生体が融合したサイボーグの完成が見えてきたな

馬鹿にもわかるようまずこれから簡単に説明してくれｗ

トポロジカル絶縁体→
ディラック状態→
ディラック電子→
固体と固体の界面→

ディラック電子は今まで固体と真空でしか見られなかったけど、
トポロジカル絶縁体(表面だけ金属状態)の境界の中でもディラック状態の電子が見つかった
ディラック電子は質量ゼロの電子で電気抵抗が低いので電子回路に使えるんでね？

とかこんな感じか、でも確か電気抵抗って結晶同士の境界で高くなるんじゃなかったっけか？
この場合どうなるんだろ

トロピカル海綿体？

それならオレの息子さ

何時でも何処でもトロピカル

芳しき南国のフルーツさ

その甘い香りで

君のハイビスカスが花開くさ

誘おう

甘い甘い南国の世界へ

「ディラック」にそのままの内容ではないけど
量子力学に踏み込むときに、段階を踏まない人間が、感情的に拒否反応を示す事に一例

量子力学では、排他的という基準がある（というかそう規定しないと物理現象を記述できない）

ある条件に合致する存在（原子でもクオークでもいいけど）が存在していたら、
他のモノはその位置に「就職できない」
ちょっと意訳した

理研の真骨頂だなw　素晴らしいw

「物理＋化学＋研究所ー物＝理化学研究所ですね♪」
「まあもともと物理と化学の研究所だからねw」

ディラック電子には質量がないってどういうこと？
光のように最初から質量がない電子なのか？
それともディラック状態になると質量を無くしてしまうのか？
質量を無くしてしまうのならそのポテンシャルエネルギーはどこに行ったんだ？
それとも質量がないかのような振る舞いをするだけの話か？

全くわからんので説明お願い

トロピカル絶倫体

>>45

俺もよく分からんけど、今日の晩飯は旨かった(・∀・) /^^

ごめん
たしか複数同時存在が許される基準と、許されない基準があるという話だった気が
分数値の量子単位を持つものは排他的で、整数値の量子単位を持つモノは重ねあわせOKだったような気が…

間違っていたら誰か訂正してください

>>45だが多スレでディラック電子の質量とは「有効質量のことだ」との回答を得た
有効質量の定義をググってみたが、脳の限界だったｗ

どうやら俺の頭ではディラック状態や有効質量を理解するのは不可能みたいだｗ

>>48
いや、謝らなくても良いよ、彼女の手料理サイコー！

整数値の量子単位を持つモノは重ねあわせOKだったような気が…

（´-`）.｡oO　　モノは重ねあわせOK・・・

なんだろ？ムラムラしてきた。

ちょっと食後の一発！彼女と体を重ね合わせてくるよ(・∀・) /^^

>>49
スマン俺もさっぱり
この分野をググると量子電磁力学とかディラック方程式とかいろいろエグいのが出てくるんだ

多分だけど、有効質量でググると古典的に(一般常識的に)考えたら、
質量がゼロとみなしてもいいということなんだろう

>>48
その話なら俺レベルでも聞いた事あるぞ

パウリの排他率に従うかどうかでフェルミ粒子かボース粒子かに分類されるというやつだな？
フェルミ粒子はスピンが半整数なのでパウリの排他率に従うから重ね合わせ不可能で
ボース粒子はスピンが整数だからパウリの排他率に従わず、重ね合わせ可能だとかなんとか

俺がギリわかるのはこの程度までだわ…

>>51
つまり「ディラック状態では電子は質量がないかのような振る舞いをする」
となんとなく理解してればいいのかな？。それだけでも限界だわｗ

>>52
同意されると迷惑かも知れないけれど
自分はその辺までで、躓きました

感情を棚に上げて、現象を説明できる「理論」を探すのが物理学なのだと思います
詐欺師に騙されないために「検証」は必要ですが、
今現在取り沙汰されている内容の検証は難しいですね

マイケルソンモーリーの検証では無いですが

利権はNatureが好きだね。
Physical review lettersでは駄目なのか？

>>53
うん、多分そういうことなんじゃないかと
この状態が見られるのも物質の境界上だからゼロとみなしてもいいんだろう

まあ、超流動とかも意味不明だし、こういうこともあるんだろうｗ

固体-固体界面でも空間対称性が破れてるからまあおかしくはないか

物性の専門家以外分からない感は異常
素粒子や原子核だったら素人でも興味持つのに

最先端の量子物性物理は研究者でも難解で理解してる人間とかほとんどいないんじゃね？

素粒子の最先端を理解してる素粒子以外の物理屋もほとんどいないだろ

この分野は難解すぎて二匹めのドジョウがなかなか生まれないだろなｗ
追試や反証するにも素粒子物理や物性物理とか、進みたがる研究者も少ないんじゃね？
中途半端な頭脳じゃ食っていけなさそうだし、予算も下りなさそうだ

本人巡回済

ディラックコーンが見たい

さっぱり解らんwww
つまり、表面だけ電流が流れる素子に磁界と電圧与えてみたら簡単にトンネル効果を制御できましたってことかい？

バンド構造の曲率が0（直線）だから有効質量が0なんだよ

産業で

じゃああの量子コンピューターは本物だったのかな

ここまで難解だとプレゼンして予算取ってくるの大変だろうな・・・

あっりけんだ！

ディラック関数

また捏造か

場の方程式で記述されるんだよね。素朴な粒子のイメージでは理解が難しいのかね。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%9D%E3%83%AD%E3%82%B8%E3%82%AB%E3%83%AB%E7%B5%B6%E7%B8%81%E4%BD%93
トポロジカル絶縁体(英: Topological insulator)とは、バルク部分は絶縁体であるが物質界面は導電性を示す[1]
時間反転対称性と自明なトポロジカル秩序（英語版）を有する物質のことである。
通常のバンド構造の絶縁体も、導電性、表面準位を保持することが可能であるが、
トポロジカル絶縁体は粒子数の保持と時間反転対称性によってSPT秩序（英語版）という特有の性質を持つ。
http://en.wikipedia.org/wiki/Topological_order

こういう文書好きだぜ

>>73
難解な専門用語を更に難解な専門用語で説明してくれて有り難う・・・

新物質って、東北大元学長の捏造疑惑といい、再現できないこと多いよなー

>>1,2
なるほどトポロジカルか
俺もそうじゃないかと思ってたんだ

dirac状態のAA早よ

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　　　　　　　　　∵∴∵∴∵∴∵/三　|　三ヽ∵∴∵∴∵∵∵∴∵
　　　　　　　　　∵∴∵∴∵∴∵|　＿_|＿_　│∵∴∵∴∴∵∴∵　　トポロジカル絶縁体
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>>55
川崎センセは特に好きだね
にしても川崎塚崎コンビは結果出すなあ

InP
インリン

チェルノブイリで一番深刻だったのは、心筋梗塞だが、それ以上に人々を苦しめたのは精神障害だった
精神異常が事故前の数百倍発生するようになり、街中異常者だらけということになった
交通事故も激増、まともな社会生活を送れる人が減り、次々に死んでいった
代わりに外国移民が送り込まれた
https://twitter.com/tokai ama/status/444580812818632704

ベラルーシ、ウクライナはチェルノブイリ事故による膨大な死亡、
人口の劇的減少を隠蔽するため、汚染地帯に外国人移民を大量に送り込む政策を行った
東海アマは必ず自民党も同じ政策ととると指摘してきた！
https://twitter.com/tokai ama/status/444577073059741696

医院の目の前で、鳥が急死。血を吐いて、まだ暖かかった。
木の葉がひらひら落ちるように落ちてきたとのこと。（写真↓）
https://twitter.com/onodekita/status/444299041015218176

目の前で鳥が死んだのは初めて。
車が近づいても、最近なかなか鳥が逃げないとの証言もあり。想像していたが、厳しい。やはり。
https://twitter.com/onodekita/status/444299461771022336

足の悪い鳩。一団の中に4羽も。一羽は両足首から先が麻痺したようにぶらぶら。
指なし、指が足りない(写真)のは奇形か？人なっこい。
2013.10.27 新宿区 pic.twitter.com/hqL0zDYGwm
https://twitter.com/pavlova9655/status/394416597902712832