研究内容
フロッケトポロジカル状態
トポロジーは現代物性物理学の重要な概念である。トポロジーは摂動に対してロバストであり、物質が合成された時点で決まってしまうものであるの信じられている。我々は物質のトポロジーを動的に変化させる手法を発見した。 ベリー曲率やチャーン数、カイラルエッジ状態をレーザーのような時間周期的な外場を加えることで制御できる理論的なモデルを提案した。 鍵となるのは、電子が光の衣を纏った（photo-dressed）状態になることである。これらはフロッケ状態により説明することができ、フロッケバンドのトポロジーをレーザー強度や、偏光、周波数などの関数として変化させることができる。
（左）円偏光レーザーによってフロッケチャーン絶縁体になるハニカム格子の様子。
（右）高周波極限下で、ディラック点においてフロッケ擬エネルギーにギャップが開くことを示している。これにより、フロッケベリー曲率が現れる。
相対論的電子のフロッケ工学
プレプリント：[Oka, arvix:2407.21458]
この研究では、量子材料内を伝播する波V(Qx−ωt)による電子状態の変化を調査しています。この波には、レーザー光、ポラリトン、音波、スライディング密度波などが含まれ、その速度は幅広く変化します。これらの波は空間的および時間的に周期的であるため、材料中の電子はこれらの波の影響下でフロッケ・ブロッホ状態を形成します。本研究では、円偏光レーザー波中の三次元（3D）ディラック電子をケーススタディとして用い、これらの波によるバンドエンジニアリングを検討しています。
波の速度に基づいて、それらを時間的、光的、空間的な波の3つのカテゴリに分類し、それぞれのケースで特徴的な電子状態が現れることを明らかにしました。また、電子バンドの相転移を示し、フロケ・ワイルバンドが出現することを発見しました。このフロッケ・ワイルバンドは、相転移に近い領域でType-IIバンドに変化する可能性があります。さらに、波の速度がフェルミ速度に近づくとローレンツ収縮が最大化され、フロッケバンドエンジニアリングの効果が強化されることを示しています。加えて、応答電流の幾何学的性質についても議論しています。
非平衡ディラック系における逆スピンホール効果
プレプリント：[Teh, Numasawa, Okumura, Oka,
arxiv:2409.09025]
本研究では、空間依存のカイラルゲージ場および熱力学的勾配が存在する状況下でのディラックフェルミオンを解析し、逆スピンホール効果との関係を明らかにしました。カイラルゲージ場はカイラル磁場を誘起し、その結果、表面フェルミアーク状態とバルク内で非局在化したカイラルランダウ準位が形成されます。このカイラルランダウ準位はバルク内での不純物に対してより頑健であることを示しました。
さらに、化学ポテンシャルおよび温度の勾配を適用することで非ゼロの電荷電流が生成され、それぞれの勾配による電流は異なるフェルミレベル依存性を持つことを明らかにしました。この特性は、最近の実験において観測されています。本研究で示された電流は、従来の軸-重力混合異常（mixed
axial-gravitational anomaly）とは異なり、非平行なカイラル磁場と熱力学的勾配が必要となる点が特徴です。
加えて、低エネルギーでの輸送公式を導出し、格子計算を理解する上で紫外カットオフの扱いが重要であることを示しています。