強相関界面研究グループ

主宰者

主宰者名 川﨑 雅司 Masashi Kawasaki
学位 工学博士
役職 グループディレクター
略歴
1989東京大学大学院工学系研究科化学エネルギー工学専攻 博士課程修了
1989米国 IBMワトソン研究所 博士研究員
1991東京工業大学 助手
1997東京工業大学 助教授
2001東北大学金属材料研究所 教授
2007理化学研究所 交差相関超構造研究チーム チームリーダー
2010同 強相関界面デバイスチーム チームリーダー
2011東京大学大学院工学系研究科量子相エレクトロニクス研究センター 教授 (現職)
2013理化学研究所 創発物性科学研究センター 副センター長 (現職)
2013同 強相関物理部門 強相関界面研究グループ グループディレクター (現職)

研究室概要

当グループでは、運動量空間と実空間の双方において電子構造に幾何学的(トポロジカル)な特異性を持つトポロジカル物質の薄膜や界面を研究対象としている。これらの固体中では、従来の古典力学の理解の範疇を超えた非自明な効果が電子の運動に創発する。実空間の磁気渦や運動量空間の磁気単極子は巨大なホール効果に、光励起された分極結晶ではシフト電流による効率的な光電効果が生じる。これらの電子流は非散逸性が高いと期待でき、この電子流に情報やエネルギーを乗せて運ぶ新規デバイスを設計して実証し、トポロジカルエレクトロニクスという新たな分野を切り拓く。

研究分野

物理学、工学、化学、材料科学

キーワード

トポロジカルエレクトロニクス
薄膜・界面
トポロジカル物質
非自明光電効果
非自明ホール効果

研究紹介

有機強誘電体におけるシフト電流光電変換の実証

空間反転対称性の破れた結晶に光を照射すると、外部電圧なしに自発的に光電流が発生する。この光電流は、ブロッホ波動関数のベリー位相に駆動されるシフト電流であることが近年理論的に明らかになった。シフト電流は、不純物などの散乱の影響を受けない点や、超高速の応答性を示す点など、p-n接合で発生する一般的な光電流とは大きく異なる性質を持ち、革新的な太陽電池や光センサーへの応用が期待されている。しかし、シフト電流を発生しやすい物質の選定基準や、実験的な検証方法は確立していなかった。当グループは、大きなシフト電流を発生する候補物質として有機電荷移動錯体のTTF-CAに着目した。この物質は、分子間の電荷移動によって自発分極が発生する電子型強誘電体であり、シフト電流の増大に必要な条件を満たす。またバンドギャップが0.5 eVと狭く、可視・赤外光に対する強い応答が期待できる。実際にTTF-CAに疑似太陽光を照射したところ、強誘電転移温度以下で、他の強誘電体比べて一桁以上高いゼロバイアス光電流が観測された。また、シフト電流の特徴として、局所光照射で発生するゼロバイアス光電流が非常に長距離伝搬することを明らかにした。

有機強誘電体TTF-CAで発生するシフト電流の概念図

メンバー一覧

川﨑 雅司 Masashi Kawasaki

グループディレクター m.kawasaki[at]riken.jp R
高橋 圭 Kei Takahashi 上級研究員 kei.takahashi[at]riken.jp R

中村 優男 Masao Nakamura

上級研究員 masao.nakamura[at]riken.jp R

Denis Maryenko

研究員 maryenko[at]riken.jp
松野 丈夫 Jobu Matsuno 客員研究員 R

研究紹介記事