井村 健一郎Ken-Ichiro Imura

Last Updated :2018/12/03

所属・職名
大学院先端物質科学研究科 量子物質科学講座 助教
メールアドレス
imurahiroshima-u.ac.jp
自己紹介
トポロジカル絶縁体の研究をしています。。 https://www.hiroshima-u.ac.jp/koho_press/kohoshi/hito_tsushin/adsm#imu

基本情報

主な職歴

  • 2008年04月01日, 2010年02月28日, 東北大学, 理学研究科, 助教
  • 2007年07月01日, 2007年07月31日, マルセーユ地中海大学, 客員教授
  • 2007年03月01日, 2008年03月31日, 東京大学, 物性研究所, 研究機関研究員
  • 2004年04月01日, 2007年02月28日, 理化学研究所, 基礎科学特別研究員
  • 2002年10月01日, 2003年12月31日, カールスルーエ大学, 物性理論研究所, 研究職員
  • 2000年10月01日, 2002年09月30日, パリ第11大学固体物理学研究所, JSPS海外特別研究員
  • 1999年10月01日, 2000年09月30日, パリ第11大学理論物理及び統計模型研究所, 客員研究員

学歴

  • 東京大学, 工学系研究科, 物理工学専攻, 日本, 1997年04月, 1999年09月
  • 東京大学, 工学系研究科, 物理工学専攻, 日本, 1995年04月, 1997年03月
  • 東京大学, 理学部, 物理学科, 日本, 1991年04月, 1995年03月
  • 開成高等学校, 日本, 1988年04月, 1991年03月

学位

  • 博士(工学) (東京大学)
  • 修士(工学) (東京大学)

教育担当

  • 工学部:第二類(電気電子・システム情報系), 先端物質科学研究科:量子物質科学専攻, 先端物質科学研究科:量子物質科学専攻

担当主専攻プログラム

  • 電子システムプログラム

研究分野

  • 数物系科学 / 物理学 / 物性Ⅰ

研究キーワード

  • トポロジカル絶縁体
  • ワイル半金属
  • ディラック電子
  • 量子輸送現象

所属学会

  • 日本物理学会

教育活動

授業担当

  1. 2018年, 修士課程・博士課程前期, セメスター(前期), 応用量子科学コースセミナー
  2. 2018年, 修士課程・博士課程前期, セメスター(後期), 応用量子科学コースセミナー
  3. 2018年, 修士課程・博士課程前期, 通年, 量子物質科学特別研究Ⅰ
  4. 2018年, 修士課程・博士課程前期, 年度, 量子物質科学特別研究Ⅰ

研究活動

学術論文(★は代表的な論文)

  1. ★, Short Ballistic Josephson Coupling in Planar Graphene Junctions with Inhomogeneous Carrier Doping, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 120号, pp.077701, 20180216
  2. Comparative study of Weyl semimetal and topological/Chern insulators: Thin-film point of view, PHYSICAL REVIEW B, 94巻, 23号, DEC 12 2016
  3. ★, 乱れのある3次元トポロジカル物質における量子相転移, 固体物理, 51巻, 10号, pp.567, 20161015
  4. Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms, PHYSICAL REVIEW B, 92巻, 23号, 20151203
  5. Manipulating quantum channels in weak topological insulator nanoarchitectures, PHYSICAL REVIEW B, 92巻, 19号, 20151123
  6. Engineering Dirac electrons emergent on the surface of a topological insulator, SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS, 16巻, 1号, 201502
  7. トポロジカル絶縁体の物理:シンプルだから美しく,そして深い, 物性研究/電子版, 4巻, pp.041202, 201502
  8. Noninvasive Metallic State, JPS Conf. Proc., 4巻, pp.013005, 20150115
  9. Characterizing weak topological properties: Berry phase point of view, PHYSICAL REVIEW B, 90巻, 15号, 20141023
  10. One-dimensional topological insulator: A model for studying finite-size effects in topological insulator thin films, PHYSICAL REVIEW B, 89巻, 12号, 20140324
  11. ★, Density of States Scaling at the Semimetal to Metal Transition in Three Dimensional Topological Insulators, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 112巻, 1号, 20140107
  12. Perfectly conducting channel on the dark surface of weak topological insulators, PHYSICAL REVIEW B, 88巻, 4号, 20130703
  13. Unified Description of Dirac Electrons on a Curved Surface of Topological Insulators, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 82巻, 7号, 201307
  14. Symmetry Protected Weak Topological Phases in a Superlattice, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 82巻, 7号, 201307
  15. Disordered Weak and Strong Topological Insulators, PHYSICAL REVIEW LETTERS, 110巻, 23号, 20130605
  16. Criticality of the metal-topological insulator transition driven by disorder, PHYSICAL REVIEW B, 87巻, 20号, 20130531
  17. Protection of the surface states in topological insulators: Berry phase perspective, PHYSICAL REVIEW B, 87巻, 20号, 20130507
  18. Finite-size energy gap in weak and strong topological insulators, PHYSICAL REVIEW B, 86巻, 24号, 20121228
  19. Spherical topological insulator, PHYSICAL REVIEW B, 86巻, 23号, 20121213
  20. Majorana bound state of a Bogoliubov-de Gennes-Dirac Hamiltonian in arbitrary dimensions, NUCLEAR PHYSICS B, 854巻, 2号, pp.306-pp.320, JAN 11 2012
  21. Dirac Electrons on a Sharply Edged Surface of Topological Insulators, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 81巻, 9号, SEP 2012
  22. Quasiclassical Theory of the Josephson Effect in Ballistic Graphene Junctions, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 81巻, 9号, SEP 2012
  23. Interfacial charge and spin transport in Z(2) topological insulators, PHYSICAL REVIEW B, 83巻, 12号, MAR 9 2011
  24. Josephson Current through a Planar Junction of Graphene, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 80巻, 4号, APR 2011
  25. Disorder-Induced Multiple Transition Involving Z(2) Topological Insulator, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 80巻, 5号, MAY 2011
  26. ★, Weak topological insulator with protected gapless helical states, PHYSICAL REVIEW B, 84巻, 3号, JUL 27 2011
  27. Spin Berry phase in anisotropic topological insulators, PHYSICAL REVIEW B, 84巻, 19号, NOV 2 2011
  28. Spin Berry phase in the Fermi-arc states, PHYSICAL REVIEW B, 84巻, 24号, DEC 12 2011
  29. Flat edge modes of graphene and of Z2 topological insulator, Nanoscale Res Lett., 6巻, 1号, pp.358 (1-6), 20110401
  30. Flat edge modes of graphene and of Z(2) topological insulator, NANOSCALE RESEARCH LETTERS, 6巻, APR 21 2011
  31. Z2トポロジカル絶縁体の3階建て理論, 物性研究, 94巻, 6号, pp.677-pp.713, 20100901
  32. Zigzag edge modes in a Z(2) topological insulator: Reentrance and completely flat spectrum, PHYSICAL REVIEW B, 82巻, 8号, AUG 27 2010
  33. Analytic Theory of Edge Modes in Topological Insulators, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, 79巻, 12号, DEC 2010

招待講演、口頭・ポスター発表等

  1. 22pB101-2: 多極子トポロジカル絶縁体・ポンプ系とコーナー状態/不変量, 井村健一郎, 桐木達也, 吉村幸徳A, 林晋A, 中西毅A(広大先端研, A産総研-東北大MathAM-OIL), 日本物理学会第73回年次大会, 2018年03月22日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 東京理科大学(野田キャンパス)
  2. Higher-order topological insulator, Ken Imura, Emergent Condensed-Matter Physics 2018 (ECMP2018), 2018年03月06日, 招待, 英語, Chair: Akio Kimura (Hiroshima University, ECMP) Organizers: Takahiro Onimaru, Takeshi Matsumura, Arata Tanaka, Ken Imura, 401N, AdSM, Hiroshima University (Higashi-Hiroshima campus)
  3. Multipole topological insulator and pumping, T. Kiriki, K.-I. Imura, S. Hayashi, Y. Yoshimura, T. Nakanishi, Emergent Condensed-Matter Physics 2018 (ECMP2018), 2018年03月05日, 通常, 英語, Chair: Akio Kimura (Hiroshima University, ECMP) Organizers: Takahiro Onimaru, Takeshi Matsumura, Arata Tanaka, Ken Imura, AdSM, Hiroshima University (Higashi-Hiroshima campus)
  4. P1: “Higher-order topological insulators and pumping”, Ken Imura (Hiroshima Univ.), BEC2018 "Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts", 2018年01月05日, 通常, 日本語, Organizers: Hideo Aoki (AIST/Univ. of Tokyo) Takahiro Fukui (Ibaraki Univ.) Mikio Furuta (Univl. of Tokyo) * Yasuhiro Hatsugai (Univ. of Tsukuba) Satoshi Iwamoto (Univ. of Tokyo) Tohru Kawarabayashi (Toho Univ.) Akio Kimura (Hiroshima Univ.) Yoshiro Takahashi (Kyoto Univ.) (alphabetical, * chair) Local organizers: Ken-ichiro Imura (Hiroshima Univ.) Toshikaze Kariyado (NIMS) Shuta Nakajima (Kyoto Univ.), University of Tsukuba
  5. "Bulk-edge correspondence in topological transport and pumping", Ken Imura (Hiroshima), Novel Quantum States in Condensed Matter 2017, 2017年10月26日, 招待, 英語, Sumio Ishihara (Tohoku), Hirokazu Tsunetsugu (ISSP), Masao Ogata (Tokyo), Yukitoshi Motome (Tokyo), Takami Tohyama (TUS), Shuichi Murakami (Tokyo Tech), Yoichi Yanase (Kyoto), Masatoshi Sato (YITP, Chair), Keisuke Totsuka (YITP), Ippei Danshita (YITP), Manfred Sigrist (ETH Zurich), Leon Balents (UCSB), Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University
  6. P51: Topological spin pumping: effects of disorder, adiabaticity and bulk-edge correspondence, Tatsuya Kiriki, Ken Imura, Arata Tanaka, Junjiro Kanamori Memorial International Symposium – New Horizon of Magnetism –, 2017年09月28日, 通常, 英語, Chair: Hiroshi Katayama-Yoshida (CSRN, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo) Co-Chair: Hisazumi Akai (ISSP, The University of Tokyo), Koshiba Hall, The University of Tokyo, Tokyo, Japan, The Nobel prize of physics in 2016 has been attributed to three theorists, who introduced the idea of topology in condensed-matter physics. One of the highlighted aspects was the topological interpretation of quantum Hall effect (QHE). The concept of topological pumping is a variant of this idea, applied to a temporal evolution of the system, instead of in the (crystal) momentum space. In QHE quantization of the Hall plateaus is due to an underlying topological order, encoding the nontrivial phase property of bulk wave function in two space dimensions (2D). In topological pumping the same applies to the pumped charge or spin in the corresponding 1D system under a time-dependent potential. The original idea of this topological pumping can be found in classical literatures [1,2]. Yet, to our knowledge no clear experimental demonstration had been reported until in 2015 two experimental groups embodied this idea in the system of cold atoms [3]. Note that the original proposal was based on an electronic system. One of the issues yet to be investigated in the experimental studies is on the role of (i) disorder and (ii) spin in pumping. Here, we consider the effects of (i) disorder in the system of (ii) spin pumping. The adiabaticity and the bulk-edge correspondence (BEC) are two major ingredients indispensable in the realization of topological pumping [4,5]. We study the validity of spin pumping both in the adiabatic limit (snapshot picture) and in the standard temporal evolution scheme to reveal the role of BEC in spin pumping. We compare slightly different roles of disorder in QHE [6] and pumping both in the charge and spin versions of them. Here, we will focus on the analogy of quantum spin Hall (QSH) effect [7] and topological spin pumping. We discuss possible spintronic applications of our analysis to spin and charge pumping in Weyl and Dirac semimetal systems such as TaAs [8]. References [1] D. J. Thouless, Phys. Rev. B 27, 6083 (1983). [2] R. B. Laughlin, Phys. Rev. B 23, 5632 (1981). [3] S. Nakajima, et al., Nature Physics 12, 296; ibid., M. Lohse et al., 350 (2016). [4] Y. Hatsugai and T. Fukui, Phys. Rev. B 94, 041102 (2016). [5] K.-I. Imura, Y. Yoshimura, T. Fukui and Y. Hatsugai, arXiv:1706.04493. [6] T. Ohtsuki and Y. Ono, J. Phys. Soc. Jpn. 58, 956 (1989); T. Ando and H. Aoki, Physica B 184, 365 (1993). [7] M. Koenig, et al., Science 318, 766 (2007). [8] S.-Y. Su et al., Science 349, 628 (2016).
  7. 24aB32-4: 非共型(メビウス)トポロジカル絶縁体の表面状態に関する理論的考察, 井村健一郎(広大先端研&創発物性拠点), 田中新(広大先端研&創発物性拠点), 日本物理学会2017年秋季大会, 2017年09月24日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 岩手大学
  8. P.721: Bulk-edge correspondence in topological transport and pumping, Imura K.-I., Yoshimura Y., Fukui T., Hatsugai Y., LT28: 28th International Conference on Low Temperature Physics, 2017年08月14日, 通常, 英語, Topologically nontrivial phases show protected surface or edge states. The existence of such surface states and the way how they appear is indeed uniquely determined by the bulk topological numbers. The bulk-edge correspondence (BEC) [1] refers to this one-to-one relation. Depending on the system in question, BEC manifests in different forms and govern the spectral and transport properties of topological insulators and semimetals. We have previously focused on the stability of surface states against lattice imperfections [2], cases of weak topological phases [3], and of Weyl semimetal thin films [4]. Quantization of pumped charge and spin is another manifestation of the nontrivial topological properties in the bulk. To quantify topological pumping, time evolution of the initial ground state is to be considered, but it is also useful to analyze “snapshots” of the system [5,6]. Here, using the prescription of Ref. [6], we study the robustness of topological pumping against (on-site) disorder. FIG. 1 shows time dependence of the system’s polarization, indicating that the pumped charge is unchanged in spite of the irregularities due to disorder. The snapshot picture reveals the role of edge states in topological pumping, providing also an interesting twist on the BEC picture. [1] Y. Hatsugai, Phys. Rev. Lett. 71, 3697 (1993). [2] K.-I. Imura and Y. Takane, Phys. Rev. B 87, 205409 (2013). [3] Y. Yoshimura, K.-I. Imura, T. Fukui and Y. Hatsugai, Phys. Rev. B 90, 155443 (2014). [4] Y. Yoshimura, W. Onishi, K. Kobayashi, T. Ohtsuki and K.-I. Imura, Phys. Rev. B. 94, 235414 (2016). [5] D. J. Thouless, Phys. Rev. B 27, 6083 (1983). [6] Y. Hatsugai and T. Fukui, Phys. Rev. B 94, 041102 (2016).
  9. トポロジカル絶縁体のZ2性再考, 井村健一郎, 「トポロジカル相におけるバルク・エッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで」科研費基盤研究A (26247064) 第4回研究会, 2016年3月25日(金)~3月26日(土), 2016年03月25日, 招待, 日本語, 初貝安弘, 筑波大学総合研究棟B107, 108講義室
  10. P9: トポロジカル絶縁体ナノワイヤー系におけるスピンベリー曲率と表面状態の局在長の振る舞い, 吉村 幸徳, 「トポロジカル相におけるバルク・エッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで」科研費基盤研究A (26247064)第4回研究会平成27年3月25日(金)~3月26日(土)筑波大学総合研究B107,108講義室(ポスター), 2016年03月25日, 通常, 日本語, 初貝安弘, 筑波
  11. 21pBA-4: トポロジカル絶縁体ナノワイヤー表面状態の頑強性:不純物存在下における局在/非局在の問題, 吉村幸徳, 小林浩二,大槻東巳,井村健一郎, 日本物理学会第71回年次大会,仙台,2016年 3月, 2016年03月21日, 通常, 日本語, 東北学院大学
  12. トポロジカル絶縁体再考、そして状態密度スケーリングへ, 井村 健一郎, トポロジカル物性と計算物質科学が創出する新物質科学に関する研究会, 2016年03月04日, 招待, 日本語, 計算物質科学人材育成コンソーシアム, 東京大学物性研究所, 本研究会では、分野融合研究による物質科学研究の新局面を切り拓くため、トポロジカル物性、量子化学、強相関第一原理計算の分野における第一線の研究者の方々に講演をしていただき、議論を行います。特に、量子化学と物性物理の計算手法の融合、トポロジカル物性における強相関効果、強相関物質に対する第一原理計算を用いたアプローチといった分野横断的なトピックについて重点的に議論する予定です。
  13. ディラック/ワイル電子系における創発的量子臨界現象, 井村健一郎, 第5回 強相関電子系理論の最前線 ‒ 若手によるオープン・イノベーション ‒, 2015年12月20日, 招待, 日本語, 服部一匡(首都大), 大槻純也(東北大), 三澤貴宏(東大), 那須譲治(東工大), 勝浦観光ホテル(〒649-5331和歌山県東牟婁郡那智勝浦町天満1530), p、d、f電子系で活躍されている真の若手理論家が集い、研究の裏舞台を包み隠さずインフォーマルにじっくり議論し、かつ親睦を深めて、新しい分野の創成につながる共同研究へ発展させようという企画です。昨年度からon-goingな研究発表も可能とし、議論を深めていただきその後の発展に貢献できるような企画にしたいと考えております。
  14. Chiral edge channels in weak and strong Chern insulators, 吉村幸徳, 井村健一郎,福井隆裕,初貝安弘, International Research Symposium on Chiral Magnetism, 2015年12月07日, 通常, 英語, 基盤研究S「化学制御Chiralityが拓く新しい磁性」+広大「キラル物性研究拠点」, アステールプラザ,広島, We report our recent study [1] on the new classification schemes for characterizing the so-called “weak” (*) Chern insulating (WCI) phases in two spatial dimensions that appear in different variations of the standard Wilson-Dirac model. Those variations that bear WCI phases include models with (i) anisotropic Wilson terms, (ii) next nearest neighbor hopping terms in the tight-binding implementation, and also (iii) its superlattice generalization [2]. Here, we show that for types (i) and (ii) a prescription introduced in Refs. [3] for classifying strong properties can be successfully generalized so as to classify the weak properties. As for type (iii), though a matrix nature that arises from the superlattice structure is antithetical to the use of the above prescription, we are still able to attribute its weak properties to a quantized Berry phase along a Wilson loop. The latter suggests that an even number of, i.e., two Dirac (crossing) points that appear in the edge spectrum of such WCI phases are topologically protected. In the figures below, we show the typical behavior of such a Wilson loop exponent in the SCI and WCI phases. (*) to be contrasted with the strong Chern insulator (SCI) [1] Y. Yoshimura, K.-I. Imura, T. Fukui and Y. Hatsugai, “Characterizing weak topological properties: Berry phase point of view”, Phys. Rev. B 90, 155443 (2014). [2] T. Fukui, K.-I. Imura and Y. Hatsugai, “Symmetry protected weak topological phases in a superlattice,” J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2013) 073708. [3] Y. Hatsugai and S. Ryu, “Topological quantum phase transitions in superconductivity on lattices,” Phys. Rev. B 65, 212510 (2002).
  15. Thin film topological insulators: bulk-edge correspondence, dimensional crossover 
 and superlattice generalization, K.-I. Imura, Physics of bulk-edge correspondence and its universality: from solid state physics to cold atoms; International workshop 2015, 2015年09月28日, 招待, 英語, Yasuhiro Hatsugai (Univ. of Tsukuba), Univ. of Tsukuba, Bunko School Building, Tokyo Campus, 3-29-1 Otsuka, Bunkyo-ku, 112-0012 Tokyo
  16. P12: Dimensional crossover of topological properties: case of topological superlattice insulator thin films, Y. Yoshimura (Hiroshima Univ.), Physics of bulk-edge correspondence and its universality: from solid state physics to cold atoms; International workshop 2015, 2015年09月27日, 通常, 英語, Yasuhiro Hatsugai (Univ. of Tsukuba), Univ. of Tsukuba, Bunko School Building, Tokyo Campus, 3-29-1 Otsuka, Bunkyo-ku, 112-0012 Tokyo
  17. P11: Density of states scaling in Weyl/Dirac semimetals, K. Kobayashi (Sophia Univ.), Physics of bulk-edge correspondence and its universality: from solid state physics to cold atoms; International workshop 2015, 2015年09月27日, 通常, 英語, Yasuhiro Hatsugai (Univ. of Tsukuba), Univ. of Tsukuba, Bunko School Building, Tokyo Campus, 3-29-1 Otsuka, Bunkyo-ku, 112-0012 Tokyo
  18. 19aAG-1: 乱れのあるワイル/ディラック半金属における臨界点の性質(領域4), 小林浩二, 大槻東巳,井村健一郎,野村健太郎, 日本物理学会2015年秋季, 2015年09月19日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 関西大学千里山キャンパス,吹田市, ワイル/ディラック半金属は3次元的なディラック電子系であり、特に乱れの存在下での輸送 特性や、乱れ誘起の相転移点における臨界的性質はこれまでに知られているものと全く異な ると期待され、非常に興味深い問題である。我々はこれまでの研究で、3次元トポロジカル絶 縁体の相境界に現れるディラック半金属相から金属相への相転移点の性質を調べた。このよ うな半金属−金属転移における臨界的振る舞いは、局在長スケーリングを用いた通常の方法 で調べることは困難である。そこで我々は、状態密度ρ(E)の関数形に対するスケーリング則を 導き、これを用いて臨界指数を評価した。 本講演では、対称性(クラス)の異なるワイル/ディラック半金属における転移点の性質の違いに注目し、トポロジカル超伝導相と通常相の相境界などに現れるワイル/ディラック半金属(クラス DIII)や、シンプルなワイル半金属(クラス AI)が乱れの下で示す金属転移点の性質を数値計算により調べた。3次元格子模型における伝導度、及び状態密度の乱れに対する振る舞いから相図を求め、転移点近傍における状態密度スケーリングから臨界指数を見積もった。さらにマルチフラクタル解析も行い、対称性の異なる系における臨界的性質の違いを議論する。 [1] K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura, I. F. Herbut, Phys. Rev. Lett. 112, 016402 (2014).
  19. トポロジカル絶縁体超格子系におけるトポロジカルな性質の次元間クロスオーバー, 吉村幸徳, 井村健一郎, 日本物理学会2015年秋季大会, 領域4, 18aAG-5, 2015年09月18日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 関西大学千里山キャンパス,吹田市, トポロジカル絶縁体(TI)と通常の絶縁体(OI)の層を交互に積層するような超格子構造を作る場合を考える.それぞれの相を構成する物質のギャップ・パラメータをm0A, m0Bとおくと,2次元の超格子系を使った先行研究[1]の結果からの類推より,積層数無限大の極限でのトポロジカル相は(m0A, m0B)の関数として表すことができる.つまり,超格子構造をつくることによりトポロジカルな性質を制御することができる. トポロジカル絶縁体のナノ薄膜に関する研究が理論・実験の双方から行われてきた[2,3].先行研究では積層数を増やす事により2次元的なQSH系のエッジ伝導状態から3次元的なTIの表面伝導状態へのクロスオーバーを明らかした[4].本研究では,この超格子版を考える.薄膜系に対し2次元的なZ2指数による分類を導入し,積層数Nとギャップ・パラメータm0の関数としてZ2指数を計算し,薄膜系の相図を明らかにした.今回,薄膜系の2次元的なZ2指数を計算する方法として空間反転対称性が破れた場合でも使える福井-初貝の方法[5]を用いる事により相図を明らかにした.今回の報告では,トポロジカルな相転移について表面状態のしみ込みの観点から議論したい. [1] Y. Yoshimura, K.-I. Imura, T. Fukui and Y. Hatsugai, Phys. Rev. B90, 155443 (2013). [2] Y. Zhang et al., Nature Physics 6, 584 (2010). [3] K. Ebihara et al., Physica E: low-dimensional Systems and Nanostructures 44, 885 (2012). [4] K. Kobayashi, K.-I. Imura, Y. Yoshimura and T.Ohtsuki, arXiv:1409.1707. [5] T. Fukui and Y. Hatsugai, J. Phys. Soc. Jpn. 76, 053702 (2007). [6] Y. Yoshimura, A. Matsumoto, Y. Takane and K.-I. Imura, Phys. Rev. B 88, 045408 (2013).
  20. 18aAG-5: トポロジカル絶縁体超格子系におけるトポロジカルな性質の次元間クロスオーバー, 吉村幸徳, 井村健一郎, 日本物理学会2015年秋季大会, 2015年09月18日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 関西大学千里山キャンパス,吹田市
  21. Delocalization in disordered and thin-film topological insulators, Ken Imura, Delocalisation Transitions in Disordered Systems, 2015年07月30日, 招待, 英語, Asia Pacific Center for Theoretical Physics, Systems of a topological insulator, in the presence of disorder, show multiple facets in the study of localization-delocalization transitions in disordered systems. A single Dirac cone on the surface of a strong topological insulator is immune to disorder and tends to be ultimately delocalized. Twinning of such Dirac cones in case of the weak topological insulator makes the system more fragile to disorder. Taking account of the effects of constrained geometry, i.e., those of the finite size, introduces yet another aspects into the study of delocalization transitions in topological insulator systems. In thin film geometries the weak topological insulator can be regarded as stacked layers of a quantum spin Hall system with helical edge modes. Such a system exhibits successive localization-delocalization transitions as the number of stacked layers is varied. Disorder sometimes turns an ordinary insulator to a topological insulator: case of the disorder-induced topological insulator. Geometrical constriction, e.g., imposing the system into a thin-film geometry, sometimes leads to a similar consequence. Here, we will discuss combined effects of such disorder and geometrical constriction in the delocalization transitions in topological insulator systems.
  22. Th-PE-102: Universal Critical Conductance Distributions in Disordered 2D Topological Insulators, K. Kobayashi, H. Ikumi, M. Wada, K.-I. Imura and T. Ohtsuki, EP2DS-21, 2015年07月30日, 通常, 日本語, Shingo Katsumoto (University of Tokyo), Koji Muraki (NTT BRL), Junsaku Nitta (Tohoku University), Sendai International Center, Conductance distributions at the phase boundaries: metal-insulator or insulator-insulator (but between topologically different insulators), contain much information on the nature of quantum critical point. Conventionally, the critical points are classified according to the symmetry of the random system, and the critical points in the same class share quantitatively the same properties. Those critical properties are expected to be universal (scale-free and detail independent), and become a good measure of the phase transition. Recently, it was revealed that the insulators are classified topologically into Z, Z2, and trivial, and there are variety of phase transitions even in the same symmetry class. We have shown previously [1] that the conductance distribution at the metal-quantum spin Hall insulator transition is different from that of the ordinary metal-insulator transition; it is affected by the presence or absence of edge state on the insulating side. Yet, in this work, we show that the critical conductance distribution is otherwise universal, i.e., it is uniquely determined, once the symmetry class and the topological number of the adjacent insulating phase(s) are specified. We have investigated the conductance distributions numerically with the transfer matrix method. We have employed Dirac-type tight-binding Hamiltonians, and found that the obtained critical conductance distributions coincide with those of network model (see Fig. 1). We note that the shape of distribution is clearly distinguishable from those of different symmetry class or topological number. We also show that in the 3D topological insulator nanofilms [2], the universal critical distribution is reproduced when the number of layers are small enough, and the shape is changed by reducing the number of layers reflecting the change of symmetry class; that means the conductance distributions are independent of the origin of the topological order (band inversion, magnetic field etc.). Other interesting critical properties, such as spin transport and multifractality of the critical points, will be also mentioned. References [1] K. Kobayashi, T. Ohtsuki, H. Obuse, and K. Slevin, Phys. Rev. B 82, 165301 (2010). [2] K. Kobayashi, Y. Yoshimura, K.-I. Imura, and T. Ohtsuki, arXiv:1409.1707 (2014).
  23. Mo-PE-106: Emergent conductive edge and surface states in topological insulator thin films, Yukinori Yoshimura, Koji Kobayashi, Ken-Ichiro Imura and Tomi Ohtsuki, EP2DS-17, 2015年07月27日, 通常, 英語, Shingo Katsumoto (University of Tokyo), Koji Muraki (NTT BRL), Junsaku Nitta (Tohoku University), Sendai International Center, Recently, much effort has been made to grow thin films of a topological insulator [1, 2]. Naturally, its primary purpose was to reduce the contribution of the bulk to transport quantities. In this work, we have performed a theoretical study of such a topological insulator (TI) thin film [3]. The thin film geometry allows for physically interpolating the two and three dimensions (2D and 3D) limits by changing the number of stacked layers (N) [4, 5]. We consider a standard example of AII symmetry class; a TI can occur both in 2D and 3D. We note that for these two cases, the Z2 topological numbers specify the TI phases. In 2D the TI phase is characterized by a single Z2 index (ν0), while in 3D there are in principle 16 different topological phases characterized by four distinct Z2 indices: one strong (ν0) and three weak (ν1, ν2, ν3). One way to characterize topological properties of a thin film is to consider 2D type Z2 index by regarding the film as an effective 2D system. We adapt Fu-Kane formula [6] to calculate the Z2 index of the system, and establish Z2 index maps by calculating the index (ν0) as a function of the number of stacked layers N and gap parameter m0 (see Fig. 1). We also perform numerical study of the conductance of TI thin films. As a results, 1. We have shown that topological features absent in the two limits can be “emergent” in the thin film geometry of a finite number of stacked layers (see Fig. 1). 2. Through numerical study of the conductance of TI thin films, we have revealed how the 2D topological character evolves to its 3D counterpart as the number of stacked layers is increased (see the “conductance maps” in Ref. [3]). References Fig. 1. The Z2 topological index map. Red (white) regions represent ν0 = 1(ν0 = 0). [1] Y. Zhang et al., Nature Physics 6, 584 (2010). [2] A. A. Taskin, S. Sasaki, K. Segawa, and Y. Ando, Phys. Rev. Lett. 109, 066803 (2012). [3] K. Kobayashi, K.-I. Imura, Y. Yoshimura, and T. Ohtsuki,“ Dimensional crossover of transport charac- teristics in topological insulator nanofilms, ”arXiv:1409.1707. [4] W.-Y. Shan, H.-Z. Lu, and S.-Q. Shen, New J. Phys. 12, 043048 (2010). [5] K. Ebihara, K. Yada, A. Yamakage, and Y. Tanaka, Physica E: low-dimensional Systems and Nanostruc- tures 44, 885 (2012). [6] L. Fu and C. L. Kane, Phys. Rev. B 76, 045302 (2007).
  24. P26: Density of States Scaling in disordered Dirac and Weyl semimetals, Imura, Ken- Ichiro, Koji Kobayashi, Tomi Ohtsuki and Igor Herbut, Topological & Correlated Matter, 2015年06月29日, 通常, 英語, Gordon Research Conference, The Hong Kong University of Science and Technology Hong Kong, China
  25. メゾスコピックトポロジカル絶縁体, 井村健一郎, NPSMP2015, 2015年06月05日, 招待, 日本語, 加藤岳生,大谷義近, 東京大学物性研究所, The workshop aims at harnessing two differently evolving but closely related sub-disciplines of condensed matter physics, i.e. mesoscopic and spintronic physics. Mesoscopic physics has been an active research field since the 1980s, and has enabled us to elucidate the quantum mechanical nature of electrons by utilizing modern nano-fabrication technologies for semiconductors. Recent theoretical and experimental developments have deepened insight on mesoscopic systems, and also strengthened relationship with other research fields such as nonequilibrium statistical mechanics, quantum information, many-body quantum theory, fundamental theory of quantum mechanics, and so on. Physics of spintronics has also been evolving since the discovery of giant magnetoresistance in 1988. It now covers all the spin-related phenomena such as pure spin currents, spin injection, spin transfer torque, spin Hall effect, and so on. The spintronic physics is not only a basis of practical technologies, but also provides a variety of fundamental concepts relevant to mesoscopic physics such as spin diffusion, spin currents, Berry phases, and phenomena originated from spin-orbit interaction. The goal of this workshop is to address important common future issues for both spintronic and mesoscopic physics by sharing recent theoretical and experimental developments in these research fields and to pave a way towards breakthrough in the interdisciplinary research area. The first week (Jun 1-5) focuses on recent developments of the following research topics; nonequilibrium properties, quantum Hall effects, quantum dots, dynamics, their application to quantum information, transport in a single atomic-layer systems such as graphene, and topological matter, circuit QED systems, Andreev scattering, many-body effect (Kondo effect), and heat transport. Spin related research topics will be chosen to stimulate discussion among researchers in both spintronic and mesoscopic physics. The second week (Jun 8-12) focuses on interdisciplinary topics. Two days (Jun 8,9) are devoted to seminars on spin related phenomena originated from spin-orbit interaction. The other three days are reserved for the international symposium (Jun 10-12). Key foreign and domestic researchers are invited to discuss various experimental and theoretical topics to find interesting common problems in this emergent interdisciplinary area and to grope for new direction of future study. For discussion from broader viewpoints, the symposium also treats related subjects such as oxide interfaces, NV center, surface transport and so on. The final week (Jun 15-19) focuses on spintronic physics. Recent developments of spin pumping dynamics, spin accumulation, spin-charge transformation, spin Hall effect, magnon transport, Rashba interaction, and nanomanets are discussed. In addition to phenomenology and theoretical studies of effective models, first-principles calculation of spin-related quantities is treated. Discussion with researchers in mesoscopic physics will be promoted by picking out fundamental research topics closely related to electron coherence. http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/public/npsmp2015/
  26. PS-32: Emergent quantum spin Hall system in topological insulator nanofilms, 吉村幸徳, 小林浩二,井村健一郎,大槻東巳, NPSMP2015, 2015年06月, 通常, 英語
  27. 21pAM-1: トポロジカル絶縁体薄膜のエッジ状態:不純物の存在下での局在vs.非局在(領域4), 吉村幸徳, 小林浩二,大槻東巳,井村健一郎, 日本物理学会第70回年次大会, 2015年03月21日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 早稲田大学西早稲田キャンパス,東京都新宿区
  28. 21pAM-5: 乱れのあるトポロジカル絶縁体薄膜におけるコンダクタンス分布関数, 小林浩二, 大槻東巳,井村健一郎, 日本物理学会第70回年次大会, 2015年03月21日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 早稲田大学,東京都新宿区, 3次元Z2トポロジカル絶縁体の層数を減らし薄膜状にすると、膜の面積に対し 厚みが十分小さくなれば2次元トポロジカル絶縁体としての性質を示すようにな ると期待される。このような有限サイズ効果としての次元クロスオーバーは、無限 系で定義されるトポロジカル数のみからは知ることができないが、有限系におけ る伝導特性においては顕著に見られる。特に乱れの下では次元性の違いが伝 導度の揺らぎの違いとして表れる。乱れ誘起の局在̶非局在転移点、すなわち アンダーソン転移点においては普遍的な(スケール不変で、モデルの詳細によら ない)コンダクタンス分布が見られる[1]が、2次元トポロジカル絶縁体と見なせる 条件下ではこれが2次元系のものと一致すると期待される。 本研究では、トポロジカル絶縁体を記述する3次元格子モデル[2]に不純物ポ テンシャルを導入し、伝導度の変化を数値計算により調べた。これを詳しく調べ ることで3次元トポロジカル絶縁体薄膜が実効的な2次元トポロジカル絶縁体と して振る舞う様子や層数の偶奇依存性[3]、コンダクタンス分布の普遍性 などを議論する。 [1] K. Kobayashi, T. Ohtsuki, H. Obuse, Phys. Rev. B 82, 165301 (2010). [2] K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura, Phys. Rev. Lett. 110, 236803 (2013). [3] K. Kobayashi, K.-I. Imura, Y. Yoshimura, T. Ohtsuki, arXiv:1409.1707 (2014).
  29. Emergent topological properties in topological insulator thin films, Y. Yoshimura, K. Kobayashi, K.-I. Imura, and T. Ohtsuki, Topotronics2015: The 1st International Workshop on the Topological Electronics, 2015年03月10日, 通常, 英語, 氷上忍教授(沖縄先端大,数理理論物理学ユニット), 沖縄先端大,恩納村,沖縄, Recently, much effort has been made to grow thin films of a topological insulator [1-2]. Naturally, its primary purpose was to reduce the contribution of the bulk to transport quantities. In this work, we have performed a theoretical study of such a topological insulator thin film [3]. In the presence of time reversal symmetry, we consider a standard example of AII symmetry class; a topological insulator (TI) can occur both in two and three spatial dimensions (2D and 3D). We note that for these two cases, construction of the Z2 topological numbers specifying the TI phases. In 2D the TI phase is characterized by a single Z2 index (ν0), while in 3D there are in principle 16 different topological phases characterized by four distinct Z2 indices: one strong and three weak. The thin film geometry allows for physically interpolating the 2D and 3D limits by changing the number of stacked layers [4-5]. In this work, 1) We show that topological features absent in the two limits can be “emergent” in the thin film geometry of a finite number of stacked layers. This has been done by focusing on the 2D type topological index (ν0) adapted for a thin film (see Fig. 1). 2) Through numerical study of the conductance of TI thin films, we have revealed how the 2D topological character evolves to its 3D counterpart as the number of stacked layers is increased (see the “conductance maps” in Ref. [3]). [1] Y. Zhang et al., Nature Physics 6, 584 (2010). [2] A. A. Taskin, S. Sasaki, K. Segawa, and Y. Ando, Phys. Rev. Lett. 109, 066803 (2012). [3] K. Kobayashi, K.-I. Imura, Y. Yoshimura, and T. Ohtsuki, “Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms,” arXiv:1409.1707. [4] W.-Y. Shan, H.-Z. Lu, and S.-Q. Shen, New J. Phys. 12, 043048 (2010). [5] K. Ebihara, K. Yada, A. Yamakage, and Y. Tanaka, Physica E: low-dimensional Systems and Nanostructures 44, 885 (2012).
  30. S10.00005 : Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms, Ken-Ichiro Imura, Yukinori Yoshimura, Koji Kobayashi, Tomi Ohtsuki, APS March Meeting 2015, 2015年03月05日, 通常, 英語, American Physical Society, Henry B.Gonzalez Convention Center, San Antonio, Texas, Recently, much effort has been made to grow thin films of a topological insulator. Naturally, its primary purpose was to reduce the contribution of the bulk to transport quantities. Here, we propose that searching for quantized transport in such TI thin films is an efficient way for probing non-trivial topological features encoded in the 3D bulk band structure. In a recent work (Kobayashi, KI, Yoshimura & Ohtsuki, arXiv:1409.1707), we have highlighted the following issues: 1) Transport characteristics of TI thin films is well understood by studying the conductance both in the edge and slab geometries. 2) We introduce ``conductance maps'' for revealing the dimensional crossover in such TI thin films. Quantization of the conductance occurs both in the edge and in the slab geometries, but not at the same time. 3) We focus on the even-odd feature in transport with respect to the number of stacked layers. We found parameter regimes in which the even-odd feature is broken by inversion of the finite-size gap associated with hybridization of the top and bottom surface wave functions. We propose that tuning the hybridization gap of a TI thin film and make it inverted is an effective way of realizing a 2D quantum spin Hall state.
  31. Q10.00015 : Density of states scaling at the semimetal to metal transition in three dimensional topological insulators, Igor Herbut (Simon Fraser University), Ken Imura (Hiroshima University) Tomi Ohtsuki (Sophia University) Koji Kobayashi (Sophia University), APS March Meeting 2015, 2015年03月04日, 通常, 英語, アメリカ物理学会, Henry B.Gonzalez Convention Center, San Antonio, Texas, The quantum phase transition between the three dimensional Dirac semimetal and the diffusive metal can be induced by increasing disorder. Taking the system of disordered Z2 topological insulator as an important example, we compute the single particle density of states by the kernel polynomial method. We focus on three regions: the Dirac semimetal at the phase boundary between two topologically distinct phases, the tricritical point of the two topological insulator phases and the diffusive metal, and the diffusive metal lying at strong disorder. The density of states obeys a novel single parameter scaling, collapsing onto two branches of a universal scaling function, which correspond to the Dirac semimetal and the diffusive metal. The diverging length scale critical exponent and the dynamical critical exponent are estimated, and found to differ significantly from those for the conventional Anderson transition. Critical behavior of experimentally observable quantities near and at the tricritical point is also discussed. (K. Kobayashi et al, Phys. Rev. Lett. vol. 112, 016402 (2014))
  32. Q7.00003 : Phase diagrams of disordered 3D topological insulators and superconductors, Tomi Ohtsuki (Sophia University), Koji Kobayashi (Sophia Univeristy) Ken-Ichiro Imura (Hiroshima University) Ken Nomura (Tohoku University), APS March Meeting 2015, 2015年03月04日, 通常, 英語, アメリカ物理学会, Henry B.Gonzalez Convention Center, San Antonio, Texas, A global phase diagram of disordered weak and strong topological insulators belonging to the class AII is obtained by numerically calculating the conductance, the Lyapunov exponents and the density of states. The location of the phase boundaries, i.e., the mass parameter, is renormalized by disorder, a feature recognized in the study of topological Anderson insulator. We report quantized conductance on the phase boundaries between topologically distinct phases, which is interpreted as the robustness of conductance against disorder. This robustness is also confirmed by the large-scale numerical calculation of the density of states, which remains parabolic up to certain strength of disorder with renormalized Dirac electron velocity. From the size dependence of the conductance, we also point out that the surface states of weak topological insulator are either robust or ''defeated''. The nature of the two distinct types of behavior is further revealed by studying the Lyapunov exponents. (K. Kobayashi et al., Phys. Rev. Lett. vol. 110, 236803 (2013)). We also obtain the phase diagram of disordered topological superconductors belonging to the class DIII. Similar renormalization of mass and velocity due to disorder is found.
  33. トポロジカルな性質の次元間クロスオーバー:トポロジカル絶縁体薄膜の場合, 吉村幸徳, 『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』第2回研究会, 2015年02月15日, 通常, 日本語, プロジェクト:『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』 科研費基盤研究A(26247064) 代表:初貝安弘氏(筑波大学,教授), 筑波大学筑波キャンパス,つくば市
  34. 様々なトポロジカル絶縁体ナノ構造におけるバルクエッジ対応, 井村 健一郎, 『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』第2回研究会, 2015年02月15日, 招待, 日本語, プロジェクト:『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』 科研費基盤研究A(26247064) 代表:初貝安弘氏(筑波大学,教授), 筑波大学筑波キャンパス,つくば市
  35. PB-17: Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms, K.-I. Imura, K. Kobayashi, Y. Yoshimura and T. Ohtsuki, International Conference on Topological Quantum Phenomena 2014, 2014年12月18日, 通常, 英語, 新学術領域「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」, 京都大学,京都, A single Dirac cone emergent on the surface of a topological insulator (TI) is probed by surface sensitive measurements such as ARPES and STM, and serves as a smoking gun for making a distinction between topological and ordinary band insulators. Yet, an independent proof that the system is indeed topologically non-trivial should be given by a transport measurement, which is so far unsuccessful due to difficulty of separating bulk and surface contributions. Recently, much effort has been made to grow thin films of a topological insulator [1-3]. Naturally, its primary purpose was to reduce the contribution of the bulk to transport quantities. Here, we propose that searching for quantized transport in such TI thin films (see FIG. 1) is an effective way to probe the non-trivial topological feature encoded in the 3D bulk band structure. In this work [4], the following issues are highlighted: 1) Transport characteristics of TI thin films is well understood by studying the conductance both in the edge and slab geometries (FIG. 1, FIG. 2). 2) We introduce “conductance maps” (FIG. 2) for revealing the dimensional crossover in such TI thin films. Quantization of the conductance occurs both in the edge and in the slab geometries, but not at the same time. We demonstrate that such quantization regimes in the edge and slab geometries are both exclusive and complementary. 3) We focus on the even-odd feature in transport with respect to the number of stacked layers. We found parameter regimes in which the even-odd feature is broken by inversion of the finite-size gap associated with hybridization of the top and bottom surface wave functions. We propose that tuning the hybridization gap of a TI thin film and make it inverted is an effective way of realizing a 2D quantum spin Hall state. [1] Y. Zhang et al., Nature Physics 6, 584 (2010). [2] A. A. Taskin, S. Sasaki, K. Segawa, and Y. Ando, Phys. Rev. Lett. 109, 066803 (2012). [3] A. A. Taskin, F. Yang, S. Sasaki, K. Segawa, and Y. Ando, Phys. Rev. B 89, 121302 (2014). [4] K. Kobayashi, K.-I. Imura, Y. Yoshimura and T. Ohtsuki, “Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms,” arXiv:1409.1707.
  36. Dimensional Crossover of Helical Transport in Topological Insulator Nanofilms, 小林浩二, 井村健一郎,吉村幸徳,大槻東巳, International Research Symposium on Chiral Magnetism, 2014年12月07日, 通常, 英語, 基盤研究S「化学制御Chiralityが拓く新しい磁性」+広大「キラル物性研究拠点」, アステールプラザ,広島
  37. Z2トポロジカル絶縁体における輸送特性の次元クロスオーバー, 小林浩二, 井村健一郎,吉村幸徳,大槻東巳, 第8回物性科学領域横断研究会『凝縮系科学の最前線』, 2014年11月22日, 通常, 日本語, 物性科学に関連した6つの新学術領域研究, 大阪大学豊中キャンパス,
  38. ディラック電子系の物理, 井村 健一郎, 上智大学理工学研究科 集中講義:物理汎論A, 2014年09月16日, 招待, 日本語, 上智大学理工学研究科, 上智大学,四谷キャンパス,千代田区
  39. 8pAX-8: トポロジカル絶縁体とその表面状態の不純物に対する応答,局在/非局在の問題(再考)(領域4), 吉村幸徳, 小林浩二,大槻東巳,井村健一郎, 日本物理学会2014年秋季大会, 2014年09月08日, 通常, 日本語, 中部大学春日井キャンパス,春日井市
  40. 8pAX-9: 乱れのあるトポロジカル絶縁体薄膜における輸送特性の層数依存性, 小林浩二, 大槻東巳,井村健一郎, 日本物理学会2014年秋季大会, 2014年09月08日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 中部大学春日井キャンパス,春日井市, 乱れ誘起の局在—非局在転移点、すなわちアンダーソン転移点においては、 物理量の普遍的な(系の対称性および次元性に依存するが、スケール不変、かつモデルなどの詳細によらない)振る舞いが見られる。例えば金属—絶縁体転移点における2端子コンダクタンスの乱れの効果によりサンプルごとに異なる値を 取るが、その確率分布の普遍的であり、転移の種類ごとに異なる特徴的な形を示すことが以前の研究により明らかになった[1]。 3次元Z2トポロジカル絶縁体の2次元量子スピンホール系を積層したものと理 解できるが、逆に3次元トポロジカル絶縁体の層数を減らしていくと、ある程度の厚みで2次元的な性質を示すようになると期待される。本研究では、3次元トポロ ジカル絶縁体薄膜の輸送特性を3次元格子モデル[2]における数値計算により 調べる。相転移点における臨界コンダクタンス分布を2次元のネットワークモデ ル[1]で得られた結果と比較することで、3次元トポロジカル絶縁体が有限の層数で実効的な2次元トポロジカル絶縁体として振る舞う様子や、層数の偶奇依存性を議論する。 [1] K. Kobayashi, T. Ohtsuki, H. Obuse, Phys. Rev. B, 82, 165301 (2010). [2] K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura, Phys. Rev. Lett., 110, 236803 (2013).
  41. Characterization of two-dimensional weak topological phases, 吉村幸徳, 井村健一郎,福井隆裕,初貝安弘, Les Houches School of Physics, session CIII “Topological aspects of condensed matter physics”, 2014年08月15日, 通常, 英語, Ecole de Physique des Houches, Ecole de Physique des Houches, Les Houches, Haute-Savoie, France
  42. 講義:『トポロジカル絶縁体の物理:シンプルだから美しく,そして深い』, 井村 健一郎, 第59回『物性若手夏の学校』, 2014年07月29日, 招待, 日本語, 物性若手夏の学校, 浜名湖ロイヤルホテル,浜松市, トポロジカル絶縁体を通常のバンド絶縁体と区別して,トポロジカル絶縁体たらしめているもの,それは試料表面に現れて「トポロジカルに」保護されたギャップレスの表面状態です. つまりトポロジカル絶縁体とは,バルクは絶縁体なのに表面は金属という二重人格の物質で,しかも金属的な表面状態の存在は偶発的なものではなく,例えばバルクのバンド構造が多少変化してもなくなったりはしないし,また(現実の系においては不可避的に存在する)不純物によって簡単に壊れてしまったりということもありません.  一方,トポロジカル絶縁体をトポロジカル絶縁体たらしめている機構は至ってシンプルです.もちろん,なぜそれでうまくいくのかよくよく考えだすといろいろ深みにハマっていくのですが・・・基本的には,バンドギャップの小さな半導体のギャップがさらに小さくなっていって,遂にはそれが負の値になってしまった状況:反転ギャップ半導体がトポロジカル絶縁体です. 典型的には,このようなバンド反転はスピン軌道結合の強い物質で,またブリルアンゾーンの時間反転対称点で起こります. その結果,そのようなトポロジカル絶縁体のトポロジカル非自明性は時間反転対称性に保護されているというような言い方がされます.  私の講義では,このようにバルクのバンド構造にいわばエンコードされた遺伝情報が,なぜ試料の端・表面において(ギャップレスの表面状態という形で)発現するのか,その機構を(Wilson-Dirac型有効模型を用いた)具体的な定式化によって明らかにしたいと思います.
  43. Density of state scaling in the disordered three-dimensional topological insulators and superconductors, K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura, I. F. Herbut, K. Nomura, International Workshop "Quantum Disordered Systems: What's Next?", 2014年06月25日, 通常, 英語, IRSAMC, Univ. Toulouse, Institut de Mathématiques de Toulouse, Toulouse, France
  44. トポロジカル絶縁体の表面状態に対するにおける有限サイズ・形状効果, 井村 健一郎, 『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』キックオフミーティング, 2014年06月01日, 招待, 日本語, プロジェクト:『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』 科研費基盤研究A(26247064) 代表:初貝安弘氏(筑波大学,教授), 筑波大学筑波キャンパス,つくば市
  45. 弱いトポロジカル絶縁相におけるバルクエッジ対応とベリー位相, 吉村幸徳, 『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』キックオフミーティング, 2014年06月01日, 通常, 日本語, プロジェクト:『トポロジカル相におけるバルクエッジ対応の物理とその普遍性:固体物理から冷却原子まで』 科研費基盤研究A(26247064) 代表:初貝安弘氏(筑波大学,教授), 筑波大学筑波キャンパス,つくば市
  46. 27pBF-8: トポロジカル絶縁体表面における自発的AB効果と表面状態の頑強性, 井村健一郎, 吉村幸徳,高根美武, 日本物理学会第69回年次大会,領域4, 27pBF-8, 2014年03月27日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 東海大学湘南キャンパス,平塚市
  47. 27pBF-7: 超格子系の弱トポロジカル相とエッジ状態, 吉村幸徳, 井村健一郎,福井隆裕,初貝安弘, 日本物理学会第69回年次大会,領域4, 27pBF-7, 2014年03月27日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 東海大学湘南キャンパス,平塚市
  48. 27pBF-11: トポロジカル絶縁体における表面状態の時間発展, 小林浩二, 吉村幸徳,井村健一郎,大槻東巳, 日本物理学会第69回年次大会, 2014年03月27日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 東海大学湘南キャンパス,平塚市
  49. トポロジカル絶縁体ナノ構造による完全伝導チャンネルの実装, 松本哲彦, 吉村幸徳,井村健一郎,高根美武, 日本物理学会2013年秋季大会,領域4, 27aDK-4, 2013年09月27日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 徳島大学,徳島市
  50. 一次元トポロジカル絶縁体とトポロジカル超格子絶縁体, 岡本真由子, 井村健一郎,高根美武,福井隆裕,初貝安弘, 日本物理学会2013年秋季大会,領域4, 27aDK-2, 2013年09月27日, 通常, 日本語, 日本物理学会, 徳島大学,徳島
  51. Protection of the surface states in topological insulators: Berry phase perspective, Ken-Ichiro Imura, Yositake Takane, IXth Rencontres du Vietnam, Nanophysics: from fundamentals to applications (the return), 2013年08月09日, 招待, 英語, Rencontres du Vietnam, Rencontres du Vietnam, Quy Nhon, Vietnam, Topological insulator is a newly established exotic state of matter that has been intensively discussed in the field of condensed-matter nanophysics since the last couple of years. Though it is undistinguishable from ordinary band insulators in the bulk in the sense it has a gapped spectrum with its Fermi energy lying in that gap, on the surface
it exhibits a protected gapless state, i.e., it behaves like a metal on its surface. The central issue that has been discussed so far was on the existence of such a metallic surface state protected by the topological non-triviality of the gapped bulk band structure. Here, we attempt to clarify the remaining question, ``why does such a gapless state appear only on the surface?'' In the lattice implementation of a topological insulator, one may be able to regard, e.g., an atomic-scale isolated closed object, like a cubic bubble in the bulk, or an atomic-scale rectangular-prism-shaped hole also as a surface. However, we know from (numerical) experiments that the protected surface state appears
only on its macroscopic surfaces even in the case of sparse lattice systems, exhibiting no symptom of penetrating into the bulk. Why is the surface state noninvasive into the bulk? What prevents it from penetrating into the sparsely filled interior of the lattice models? We will argue that this is a consequence of the Berry phase pi associated with the spin connection characteristic to the topological insulator surface states.
  52. 3次元トポロジカル絶縁体におけるコンダクタンスの量子化, 小林浩二, 大槻東巳,井村健一郎, 基研研究会「固体中におけるディラック電子系物理の新展開」, 2013年06月21日, 通常, 日本語, 科学研究費基盤研究A「固体中のディラック電子」 代表:小形正男(東京大学,教授), 湯川記念館パナソニック国際交流ホール,京都大学基礎物理学研究所,京都

受賞

  1. 2015年01月08日, 高被引用文献, Web of Science, Density of States Scaling at the Semimetal to Metal Transition in Three Dimensional Topological Insulators
  2. 2013年04月26日, 2012 Highliy Cited Article, The Physical Society of Japan Editor-in-Chief

社会活動

学術雑誌論文査読歴

  1. 2015年, Topological Quantum Matter, 編集長, 編集主幹
  2. 2015年, Nature Physics, その他, 査読者, 1
  3. 2015年, Nature Communications, その他, 査読者, 2
  4. 2015年, Physical Review X, その他, 査読者, 1
  5. 2015年, Physical Review Letters, その他, 査読者, 2
  6. 2015年, Physical Review B, その他, 査読者, 3
  7. 2015年, New Journal of Physics, その他, 査読者, 1
  8. 2015年, Scientific Reports (Nature Publishing Group), その他, 査読者, 1
  9. 2014年, Topological Quantum Matter, 編集長, 編集主幹
  10. 2014年, Nature Physics, その他, 査読者, 1
  11. 2014年, Physical Review Letters, その他, 査読者, 2
  12. 2014年, Physical Review B, その他, 査読者, 7
  13. 2014年, New Journal of Physics, その他, 査読者, 2
  14. 2014年, Journal of the Physical Society of Japan, その他, 閲読者, 3
  15. 2014年, Scientific Reports (Nature Publishing Group), その他, 査読者, 1
  16. 2013年, Physical Review Letters, その他, 査読者, 2
  17. 2013年, Physical Review B, その他, 査読者, 8
  18. 2013年, New Journal of Physics, その他, 査読者, 1
  19. 2013年, Journal of the Physical Society of Japan, その他, 閲読者, 2