レーザー照射による共鸣励起でワイル半金属相を创成?スピン偏极したトポロジカル表面状态を理论的に予见?
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原子の構成要素である電子は、飛び飛びのエネルギーの値（エネルギー準位）を取ります。そして、非常に多くの原子から成る結晶では、電子は多数のエネルギー準位が束になった帯（バンド）状のエネルギー構造を持つようになります。その中でも、相異なるバンドが交差することによって円錐状のバンド構造が対を成して現れる結晶群をワイル半金属と呼びます。数学の位相幾何学（トポロジー）の概念を適応することにより、トポロジカル物質と呼ばれる物質群が相次いで発見されるようになりました。ワイル半金属もトポロジカル物質の一種です。その物理的起源を探る基礎研究や、外部磁場によって電気抵抗が大きく変化する巨大磁気抵抗効果など特異な電気伝導性を生かした新機能デバイス開発などの応用研究が、世界レベルで精力的に行われています。 本研究では、結晶にレーザーを照射してワイル半金属状態を生成することにより生じる物理現象について、理論的に追及しました。具体的には、砒化亜鉛（Zn3As2）という半导体（一种の絶縁体）にバンドギャップ（电子が存在できない领域）と共鸣する周波数を持つ强い円偏光レーザーを照射し、光と电子が一体化した量子状态について、数値计算を行いました。
その结果、レーザーの周波数と强度がある一定の范囲においては、絶縁体相が二种类のワイル半金属相に相転移することを理论的に示しました。电子にはスピンと呼ばれる磁石の性质があり、上向きと下向きの二つの方向があります。今回のような条件下での光照射においては、上向きと下向きスピンのうち一方のみが优先的に励起されます。例えば左円偏光で励起された电子は下向きスピン状态が偏极した表面状态を形成し、磁化を発现することを见出しました。もう一方の上向き电子スピン状态では、环状のバンド交差が现れ、ワイル半金属というよりむしろ线ノード半金属といわれるトポロジカル状态が発现することが分かりました。
本研究は、レーザー照射によって非磁性半导体表面に磁化を诱起する可能性を示したものですが、母结晶を电子同士の相互作用が强い强相関电子系やさまざまなトポロジカル物质とし、同様の光制御を行うことによって、さらに多様な物性を光创成することができると期待されます。