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Magnetic orderings from spin-orbit coupled electrons on kagome lattice
Jin Watanabe, Yasufumi Araki, Koji Kobayashi, Akihiro Ozawa, and Kentaro Nomura
J. Phys. Soc. Jpn. 91, 083702 (2022)
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カゴメ格子における磁性とスピン軌道相互作用・フィリングの関係を明らかにした。
電子状態のエネルギーから、スピン系の相互作用パラメータと基底状態を推定。
元指導学生である渡邉くんの修士論文の研究。
主な担当部分:相図決定とパラメータフィッティングに関するアルゴリズム・プログラム指導と追加計算
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Wannier-based implementation of the coherent potential approximation with applications to Fe-based transition metal alloys
Naohiro Ito, Takuya Nomoto, Koji Kobayashi, Sergey Mankovsky, Kentaro Nomura, Ryotaro Arita, Hubert Ebert, and Takashi Koretsune
Phys. Rev. B 105, 125136 (2022)
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.125136
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第一原理計算アルゴリズムの改良。CPA+ワニエで合金を高速・効率的に計算できる。
元指導学生である伊東くんの博士論文の研究。
主な担当部分:アルゴリズム改良(高速化)とコードのデバッグ
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Intrinsic and extrinsic anomalous Hall effects in disordered magnetic Weyl semimetal
Koji Kobayashi and Kentaro Nomura
J. Phys. Soc. Jpn. 91, 013703 (2022)
DOI: 10.7566/JPSJ.91.013703
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磁性Weyl半金属薄膜における異常Hall効果の性質を調べた。
キーワード:Weyl半金属薄膜、異常ホール効果、量子ホール効果
注目ポイント:
・Weyl(半)金属におけるHall伝導度と縦伝導度の関係を示した
・WeylコーンのサブバンドがHall伝導度に寄与することを示した
・Weyl半金属中の外因性Hall効果が通常の金属より小さいことを示した
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Quantum Hall effect induced by chiral Landau levels in topological semimetal films
D.-H.-Minh Nguyen, Koji Kobayashi, Jan-Erik R. Wichmann, and Kentaro Nomura
Phys. Rev. B 104, 045302 (2021)
DOI: 10.1103/PhysRevB.104.045302
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任意の向きに閉じ込められたWeyl半金属薄膜におけるランダウ準位の振る舞いを調べた
いわゆるWeyl orbitの問題に対して、閉じ込めの効果がどのように効くかを議論した
キーワード:Weyl/トポロジカルDirac半金属薄膜、Weyl orbit、量子ホール
注目ポイント:
・薄膜の閉じ込め方向とWeyl点の並ぶ向きの相対角度に依存する、ランダウ準位の近似的表式を求めた
・指導学生であるMinhくんの修士論文の研究。
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Ferromagnetic-electrodes-induced Hall effect in topological Dirac semimetals
K. Kobayashi and K. Nomura
Phys. Rev. Res. 3, 033023 (2021)
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.033023
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トポロジカルDirac半金属における輸送現象の数値的研究。強磁性電極誘起ホール効果。
キーワード:トポロジカルDirac半金属、量子スピンホール絶縁体、磁気抵抗効果、スピントロニクス
注目ポイント:
・トポロジカルDirac半金属に強磁性電極を接続するとホール効果が現れる
・平行な磁化を持つ電極ではホール角が最大1、反平行なら0となる
・電極の磁化が平行・反平行のときのホール抵抗を見ることで、発散するホール磁気抵抗率が得られる
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Ballistic transport in disordered Dirac and Weyl semimetals
K. Kobayashi, M. Wada, and T. Ohtsuki
Phys. Rev. Res. 2, 022061(R) (2020)
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.022061
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乱れのある点ノード半金属における相転移の数値的研究。
キーワード:Dirac/Weyl半金属、半金属ー金属転移、数値計算技法
注目ポイント:
・点ノード半金属においては、強い乱れの下でも弾道的伝導現象が見られる
・弾道的伝導現象を、波束ダイナミクスのシミュレーションによって直接可視化した
・相転移点近傍で弾道伝導の速度が消失した(スケーリング仮説の実証)
・弾道伝導の速度を秩序変数として、臨界指数を求めた
・プレゼンで好評のスペクトル関数(なんちゃってARPES)も掲載
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Robust magnetotransport in disordered ferromagnetic kagome layers with quantum anomalous Hall effect
K. Kobayashi, M. Takagaki, and K. Nomura
Phys. Rev. B 100, 161301(R) (2019)
DOI: 10.1103/PhysRevB.100.161301
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強磁性単層カゴメ格子系における電気伝導の数値的研究。
指導学生である高垣くんの修士論文の研究を完成させたもの。
磁化の向き(面直/面内)により伝導特性が変わるため(QAH/diffusive)、磁壁において巨大で安定な磁気抵抗が生じる。
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Topological Matter in the Absence of Translational Invariance
Koji Kobayashi, Tomi Ohtsuki, Ken‐Ichiro Imura
"Advanced Topological Insulators" (Scrivener Publishing), Chapter 4, pp. 109-157 (2019)
ISBN: 9781119407317, DOI: 10.1002/9781119407317
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Helicity-protected domain-wall magnetoresistance in ferromagnetic Weyl semimetal
K. Kobayashi,Y. Ominato, K. Nomura
J. Phys. Soc. Jpn. 87, 073707 (2018)
DOI: 10.7566/JPSJ.87.073707
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強磁性Weylセミメタルにおける特殊な磁気抵抗/磁壁抵抗効果の数値的研究。
磁化反転と同時に伝導電子のヘリシティの符号が反転するために、磁壁において巨大で安定な磁気抵抗が生じる。
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Anisotropic magnetotransport in Dirac-Weyl magnetic junctions
Y. Ominato, K. Kobayashi, K. Nomura
Phys. Rev. B 95, 085308 (2017)
DOI: 10.1103/PhysRevB.95.085308
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Comparative study of Weyl semimetal and topological/Chern insulators: Thin-film point of view
Y. Yoshimura, W. Onishi, K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura
Phys. Rev. B 94, 235414 (2016)
DOI: 10.1103/PhysRevB.94.235414
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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
小林浩二, 大槻東巳, 井村健一郎
『固体物理』 51巻 10号 p.33 (2016)
ISSN 0454-4544
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トポロジカル絶縁体/Weylセミメタルにおける量子相転移についての解説記事(「トピックス」欄)。
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Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms
K. Kobayashi, Y. Yoshimura, K.-I. Imura, T. Ohtsuki
Phys. Rev. B 92, 235407 (2015)
DOI: 10.1103/PhysRevB.92.235407
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トポロジカル絶縁体薄膜における2/3次元クロスオーバーを、量子化伝導現象に注目し調べた。
キーワード:3次元トポロジカル絶縁体、量子スピンホール、相転移、量子化コンダクタンス
注目ポイント:
・コンダクタンスマップを用いて、2種類の量子化伝導領域が存在することを示した
・2種類の量子化伝導領域の相補性と排他性から、2次元と3次元のトポロジカル伝導現象を説明した
・2次元トポロジカル相と3次元トポロジカル相の関係を示す「次元クロスオーバー相図」を得た
・「2次元トポロジカル絶縁体を積層≠3次元弱トポロジカル絶縁体」を示した
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Engineering Dirac electrons emergent on the surface of a topological insulator
Y. Yoshimura, K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura
Sci. Technol. Adv. Mater. 16, 014403 (2015)
DOI: 10.1088/1468-6996/16/1/014403
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Modification and Control of Topological Insulator Surface States Using Surface Disorder
V. Sacksteder, T. Ohtsuki, K. Kobayashi
Phys. Rev. Applied 3, 064006 (2015)
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.3.064006
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Density of States Scaling at the Semimetal to Metal Transition in Three Dimensional Topological Insulators
K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura, I. F. Herbut
Phys. Rev. Lett. 112, 016402 (2014)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.016402
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3次元ディラック電子系であるディラックセミメタル相から金属相への、乱れ誘起の相転移を調べた。
キーワード:3次元トポロジカル絶縁体、ディラックセミメタル、相転移、状態密度、1変数スケーリング、KPM
注目ポイント:
・ディラック/ワイル半金属ー金属転移における状態密度のスケーリング則を新しく導いた
・カーネル多項式法(KPM)を使って乱れた3次元ディラック電子系の状態密度を計算した
・数値計算の結果より1変数スケーリングを確かめ、臨界指数を見積もった
・3重臨界点(STI/WTI/M)において、通常のSymplecticクラスと異なる臨界指数を示す事を明らかにした
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Disordered strong and weak topological insulators
K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura
Phys. Rev. Lett. 110, 236803 (2013)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.236803
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乱れのある3次元Z2トポロジカル絶縁体(TI)の性質を、コンダクタンスの数値計算により調べた。
キーワード:3次元トポロジカル絶縁体(weak, strong)、コンダクタンス、局在長、転送行列法
注目ポイント:
・乱れた3次元系の数値計算を正直に行った(近似したり、次元を落としたりしていない)
・有限サイズ、E=0においては、Dirac coneの数に応じてコンダクタンスが量子化されることを示した
・Wilson-Diracハミルトニアンに乱れを入れた時の相図を決定した
- weak TI/strong TI境界の乱れ依存性(massの繰り込みに対応)を明らかにした
・「弱い」トポロジカル相における非単調なコンダクタンスの振る舞い( "DWTI: defeated weak TI"と命名)を発見した
Supplemental materialあり。
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Critical exponent for the quantum spin Hall transition in Z2 network model
K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K. Slevin
International Journal of Modern Physics: Conference Series 11, 114-119 (2012)
DOI: 10.1142/S2010194512005995
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量子スピンホールー金属相転移の臨界指数を数値計算により評価した。
キーワード:量子スピンホール、臨界指数、局在長、転送行列法、ネットワークモデル
注目ポイント:
・周期境界ではなく、エッジがある場合の臨界指数を求めた
・2番目のリアプノフ指数に注目することで、より精密に臨界指数が評価できる事を示した
技術情報:
・有限サイズスケーリングの職人芸を身につけた
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Universality classes and the Anderson transition in two dimensions
T. Ohtsuki, K. Kobayashi, and K. Slevin
Soryushiron kenkyu 119, D192 (2012)
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Conductance distributions in disordered quantum spin-Hall systems
K. Kobayashi, T. Ohtsuki, H. Obuse, K. Slevin
Phys. Rev. B 82, 165301 (2010)
DOI: 10.1103/PhysRevB.82.165301
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Z2ネットワークモデルを使い、量子スピンホール系の臨界コンダクタンス分布を求めた。
乱れ誘起の金属−絶縁体(アンダーソン)転移点では特徴的な長さのスケールが発散するため、系の詳細によらず対称性のみで決まる普遍的な量(臨界指数など)が現れる。
トポロジカル絶縁体-金属相転移点における臨界特性が、通常の金属−絶縁体転移点と同じか異なるか、という問題が議論を呼んでいた。
この研究では、量子スピンホール絶縁体-金属相転移点における臨界コンダクタンス分布を数値的に精密に調べた。
キーワード:量子スピンホール、臨界コンダクタンス分布、転送行列法、ネットワークモデル
注目ポイント:
・エッジ状態がない場合は、トポロジカルに自明な場合と完全に一致した
・エッジ状態がある場合は、全く新しい普遍的分布関数が得られた
技術情報:
・107サンプルのデータを集めるため、コード最適化による高速化を行った
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Point-Contact Conductance in Asymmetric Chalker-Coddington Network Model
K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K. Slevin
J. Phys. Soc. Jpn. 78, 084708 (2009)
DOI: 10.1143/JPSJ.78.084708
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非対称(カイラル)な伝導チャンネルを持つモデルの伝導特性を数値計算で調べた。
2つのSTMチップ間の局所的伝導に対応する点接触コンダクタンスを調べ、伝導特性の電極位置依存性などを明らかにした。
研究室に入って最初の研究テーマ(2007.4-)で、位置依存性やサイズ依存性、スケーリングなど、思いつくままに楽しく詳しく調べた。
技術情報:
・疎行列LU分解を自力で実装し、計算速度を劇的に向上させた
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Transport properties in network models with perfectly conducting channels
K. Kobayashi, K. Hirose, H. Obuse, T. Ohtsuki, K. Slevin
J. Phys.: Conf. Ser. 150, 022041 (2009)
DOI: 10.1088/1742-6596/150/2/022041
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国際会議LT25のproceedings。研究テーマとして取り組んだ順番は3番目だが、最初に出版された。
Chalker-Coddingtonネットワークモデルを用いて臨界コンダクタンス分布などを調べた。