Research

トポロジカル半金属は、バルクに３次元的線形分散を持つ物質である。これは波数空間で考えるとトポロジカル絶縁体と自明な絶縁体を積層したような構造を持っており、やはりトポロジカル物質の一種として理解することが可能である。バルクに表れるギャップレス点が４重縮退したものはディラック半金属、対称性が破れて２重縮退のものはワイル半金属と呼ばれる。

薄膜化するとトポロジカル絶縁体と同じく表面・界面の性質が支配的になり、積層することでバルクの線形分散に起因する特殊な性質も表れる。そのためデバイス応用へのより豊かな展開が期待され、物質探索が進められている。我々のグループでは、トポロジカル半金属が示す普遍的な基礎物性を解明するための研究から、カゴメ層状物質Co3Sn2S2など具体的な物質を想定したデバイス動作原理の提案まで幅広い研究に取り組んでいる。

　分数量子ホール絶縁体は、強磁場下で電子が２次元系に閉じ込められたときに現れるトポロジカルな量子状態である。この状態の準粒子は分数電荷を持ち、フェルミ統計やボース統計とは異なる奇妙な統計性（エニオン統計）に従う。ある分数量子ホール絶縁体では、こうした準粒子の中にマヨラナ粒子などの非可換エニオンが含まれ、トポロジカル量子計算への応用が期待されている。さらに特定の条件下では、フィボナッチエニオンという非可換エニオンが現れ、これは量子計算の基本操作を全て安定して実現できる性質を持つ。我々のグループでは、トポロジカル量子計算を念頭に分数量子ホール絶縁体の基礎的な性質を研究している。