UNIST、らせん状ナノワイヤを用いた量子ポンプの作動原理を解明

国内研究陣が、スクリューのようにねじれたらせん状ナノワイヤが「量子ポンプ」の役割を果たせるという原理を理論的に明らかにした。これは、電子を一方向に一定量移動させる「電荷ポンピング」プロセスを新しい方法で実現できる可能性を示すものである。

UNISTのパク・ノジョン教授チームは、一次元のらせん状物質が「位相電荷ポンプ」のように作動し、この過程で「軌道角運動量」と「スピン分極」という物理現象が同時に現れることを解明した。今回の研究は、従来の量子力学的な方式とは異なり、電場の方向を一周させるという簡単な条件だけで電荷を効率的に移動させられることを示している。研究チームは、らせん状炭素材料モデルおよび三方晶系セレンナノワイヤを対象に、時間経過に伴う電子状態を分析した。

パク・ノジョン教授は、今回の研究が手（対称性）の対称性を持つナノワイヤにおいて、位相的電荷ポンピング、軌道角運動量、スピン分極化が、一つの統合されたメカニズムとして結びつくことを初めて示したと述べている。この研究は、今後のナノ素子において、電子、軌道、スピンの特性を位相学的に制御するための新しい方法論の基盤となることが期待される。