荒木 康史

私は「トポロジカル物質」と総称される物質の性質に興味を持っています。
トポロジカル物質の中には「トポロジカル絶縁体」や「ワイル半金属」等いくつかの小分類がありますが、これらの物質の特徴として電子の運動が「ディラック（ワイル）方程式」に従うという性質があります。従来、ディラック（ワイル）方程式は初期宇宙や加速器中の素粒子を記述するために用いられてきましたが、ごく普通の実験室で作れる物質の中でこのような理論に従う電子系が現れることが、最近になって分かってきました。この類似性に従うと、“初期宇宙や加速器中で特徴的な物理現象が、トポロジカル物質中で再現される”可能性があり、物性物理学において興味深い問題となっています。

私の研究では、このような理論の類似性に基づく新たな物理現象を理論的に探索し、さらにその現象を私たちの生活に役立てることを目指しています。具体的には、電子の電荷だけでなくスピン自由度を操作する技術「スピントロニクス」にトポロジカル物質の性質を適用し、エネルギーや処理速度の点でより効率的な情報素子（メモリー、トランジスタ等）の設計に役立つ現象を提唱することを目標としています。

最近の研究では、スピントロニクスで重要となる、「磁壁」や「スキルミオン」といったナノスケールの磁気構造に焦点を当てています。このような磁気構造がトポロジカル物質中でどのように振舞うかを調べ、その性質を用いることにより、従来よりも高効率なスピントロニクス・デバイスの設計が可能となることを提案しています。