宇宙&物理2chまとめ【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【??】

主に2chの宇宙と物理に関する話題をまったりまとめています。

【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【??】

[ 2014/03/06 21:01 ] [ 物理 ] [ コメント(21) ]
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1: 伊勢うどんφ ★ 2014/02/25(火) 18:41:25.97 ID:???

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 工学系研究科の塚﨑敦特任講師(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、川﨑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
元スレ:http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1393321285/








2: 伊勢うどんφ ★ 2014/02/25(火) 18:43:01.88 ID:???

>>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。


3: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 18:45:15.40 ID:FmeHqM9y

真剣に読んだら頭痛くなってきた


4: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 18:50:25.75 ID:nI3FsmYl

ほうほう




さっぱり分からん


5: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 18:51:24.63 ID:JJvrOh2f

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


6: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 18:55:49.07 ID:ai+xeBNx

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


9: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:05:04.50 ID:PmDjNQEQ

さすが理研。よくわからないけど。


11: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:09:38.82 ID:HF0oLOsd

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


14: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:17:04.25 ID:P7AQnJo8

スレタイから理解できません


16: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:19:12.16 ID:ryk+hUG8

もう理研にはだまされない


17: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:25:38.71 ID:Efhq6c5g

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?


18: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:30:42.46 ID:2pyB9a7E

人が立っているね

04-b8769.jpg


23: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:48:29.10 ID:RgJOGp5n

>>18
ダークなオーラが出過ぎでワラタww


19: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:35:29.43 ID:z8v8mPWm

「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!」


20: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:38:44.81 ID:z8v8mPWm

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。


21: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:44:48.72 ID:1Ajsbz/v

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


22: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:45:51.34 ID:ZICzVOuK

>>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。


24: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 19:51:27.88 ID:HF0oLOsd

>>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/


29: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 20:18:20.45 ID:JZ5lGUpQ

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


30: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 20:19:47.21 ID:KDQuo7yF

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


31: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 20:40:15.90 ID:elQykV1A

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。


32: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 20:51:47.23 ID:kUP0uSqS

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


35: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 21:24:47.36 ID:NlF7U3rZ

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・・・・


38: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 21:31:52.10 ID:5Ho/8Q9/

トッポがどうしたって?あ?

  


41: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:07:19.21 ID:BR+m3aum

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


43: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:15:02.37 ID:HepufWxl

「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


45: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:21:00.35 ID:x6qvCXiP

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


49: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:29:07.77 ID:x6qvCXiP

>>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


51: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:37:46.42 ID:BR+m3aum

>>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


53: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:44:37.15 ID:x6qvCXiP

>>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


56: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:50:04.95 ID:BR+m3aum

>>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


48: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:26:50.25 ID:HepufWxl

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


52: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:38:53.82 ID:x6qvCXiP

>>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…


54: 名無しのひみつ 2014/02/25(火) 22:45:25.61 ID:HepufWxl

>>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


57: 名無しのひみつ 2014/02/26(水) 01:28:15.90 ID:kVS2WNYh

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


58: 名無しのひみつ 2014/02/26(水) 02:16:04.33 ID:ZRRvn275

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


59: 名無しのひみつ 2014/02/26(水) 03:54:28.86 ID:yx+jrYEZ

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?


60: 名無しのひみつ 2014/02/26(水) 11:07:39.60 ID:RCLzOu3l

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


61: 名無しのひみつ 2014/02/26(水) 19:04:58.04 ID:yx+jrYEZ

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


65: 名無しのひみつ 2014/02/27(木) 15:06:51.00 ID:m84BN7oq

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


68: 名無しのひみつ 2014/02/28(金) 09:20:48.58 ID:HfLH8zHY

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・・・


72: 名無しのひみつ 2014/02/28(金) 18:01:37.97 ID:ITEO0+Fg

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。


73: 名無しのひみつ 2014/02/28(金) 18:12:26.02 ID:HK2a9T6h


ディラック方程式 - Wikipedia
フェルミ粒子を記述するディラック場が従う基礎方程式である。ポール・ディラックにより相対論的量子力学として導入され、場の量子論に受け継がれている。


トポロジカル絶縁体 - Wikipedia
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



75: 名無しのひみつ 2014/03/01(土) 23:13:42.06 ID:svPR51AZ

>>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・・・



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