東北大学
学際科学フロンティア研究所

新領域創成研究部

荒木 康史Yasufumi Araki

助教先端基礎科学

メンター教員
准教授
野村 健太郎(金属材料研究所)
研究分野 物理学(物性理論・スピントロニクス)
主な研究テーマ
  • ディラック半金属における相関効果の解明
  • 初期の宇宙と物質中のディラック電子の物理の類推
  • ディラック半金属を用いた電荷・スピン輸送現象の提言
所属学会 日本物理学会
研究概要  

原子の中に存在する電子は、電気の源である「電荷」だけでなく磁気的な自由度である「スピン」を持っており、電気的な性質と磁気的な性質を結び付ける「スピン-軌道相互作用」により様々な現象が可能となっています。近年ではこれらの性質を、高速・低電力で作動するメモリーやトランジスタ等の回路素子に応用する試みが盛んに行われており、理論の側から新奇な性質を予言することも求められています。

このような特異な性質を示しうる物質として、「ディラック半金属」と分類される系が注目されています。ディラック半金属中の電子は通常の金属・半導体中の電子とは運動の性質が全く異なり、初期宇宙や加速器の中での素粒子の運動を記述する「ディラック方程式」に従うという特徴があります。すなわち、初期宇宙を支配していた特異な物理現象が、身近なディラック半金属でも現れる可能性があり、応用面への活用も期待されています。

私の研究は、このようなディラック電子の系と初期宇宙の物理の類似点に着目し、物質中の電子が示す未知の振舞いを明らかにすることを目標としています。特に、電子たちが電気的・磁気的に相互作用することによって集団として新たな振舞いを示す「相関効果」に焦点を当て、その結果電子の性質がどのように変わるか解明することを試みています。その手段として、初期宇宙の物理との類推に基づき、それらの解析に用いられている「場の量子論」「格子ゲージ理論」などの手法を適用しています。そして、このようにして得られた新たな性質を、電荷やスピンの輸送現象を通して回路素子等への応用へとフィードバックすることを目指しています。

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