光制御されたトポロジカル半金属状态の创成?结晶端の特异な电子状态を理论的に予见?
（Image by Unconventional/Shutterstock）原子は原子核と电子で构成されています。そして、电子がとることのできるエネルギーは、飞び飞びの値を持ちます。これをエネルギー準位と呼びます。そして、结晶中の电子の振る舞いは、非常に多数のエネルギー準位が束になった帯（バンド）状のエネルギー构造に基づいて理解されてきました。近年、相异なるバンドが交差?反転して捻じれているトポロジカル物质という结晶群が発见され、その物理的起源を探る基础研究や电気抵抗が极めて小さい新机能デバイスなどへの応用研究が、世界レベルで精力的に行われています。
本研究では、トポロジカル物质を构成する新规な素材そのものを探索するのではなく、结晶にレーザーを照射して电子の状态を変调することでバンド构造の交差?反転を诱起し、その结果生じる新奇な物理现象を追究しました。レーザーの照射で诱起された动的な状态や励起状态におけるトポロジカル物质の研究は、未开拓ゆえに様々な潜在的な可能性を秘めています。
具体的には、量子井戸という２次元半导体（一种の絶縁体）に强いレーザーを照射して光と电子が一体化した量子状态を创成し、ある特定のレーザー强度のとき异なるバンド同士が円锥交差し得ることを理论的に示しました。これはレーザーによって絶縁体が半金属に相転移したことに対応します。この际、微小なバンドギャップで隔てられた近似的な円锥交差も付随して発现することが分かりました。さらに、このような半金属相の结晶端に现れる１次元バンド间のギャップ内に、平坦な线分状の特异なエネルギー準位が现れることを见出しました。
この研究は、未开拓である非平衡状态?励起状态におけるトポロジカル物质の物性解明に向けた探究に资することができると期待されます。