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スピン軌道相互作用と電子間相互作用がもたらす新奇量子現象の理論的研究

Research Project

Project/Area Number 14J07848
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

関根 聡彦  東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsスピン軌道相互作用 / 電子相関 / トポロジカル相 / 反強磁性絶縁相
Outline of Annual Research Achievements

前年度の研究により、スピン軌道相互作用および電子相関の強い3次元電子系における反強磁性絶縁相が、格子量子色力学における青木相と対応する場合があることが分かった。さらに、そのような反強磁性絶縁相がシータ項と呼ばれるトポロジカル項の存在によって特徴づけられることも明らかにした。これらを元に、そのような反強磁性絶縁相における新奇な物性を探索することを本年度の目標とした。
シータ項をベクトルポテンシャルで変分することによって、電流密度が得られることが知られている。このような電流はWeyl反金属などにおいて盛んに研究されており、磁場によって生成される項はカイラル磁気効果、電流によって生成される項は異常Hall効果として知られている。これらの効果を通常、金属において発現することが知られており、絶縁体における発現例は3次元トポロジカル絶縁体表面における異常Hall効果など、非常に例が少ない。
カイラル磁気効果はシータ項の係数θの時間微分(すなわちNeelベクトルの時間依存性)を、異常Hall効果をθの空間微分(すなわちNeelベクトルの空間依存性)を係数として持つことから、本研究では具体例として、反強磁性共鳴状態と反強磁性ドメインウォールをそれぞれの具体例として電流密度の計算を行った。その結果、反強磁性絶縁相におけるカイラル磁気効果・異常Hall効果はともに観測可能な値を持つことが分かった。また、それぞれの実験的なセットアップ例も提案した。さらに、これらの効果を観測することは凝縮系において動的なアクシオン場を検出することと同等であることから、本研究では凝縮系における動的なアクシオン場の新たな検出方法を提案したことにもなる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Chiral Magnetic Effect and Anomalous Hall Effect in Antiferromagnetic Insulators with Spin-Orbit Coupling2016

    • Author(s)
      A. Sekine, K. Nomura
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 116 Issue: 9

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.096401

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Chiral Gravitomagnetic Effect in Topological Superconductors and Superfluids2016

    • Author(s)
      Akihiko Sekine
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 93 Issue: 9

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.094510

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Weyl semimetal with strong long-range Coulomb interactions2015

    • Author(s)
      A. Sekine, K. Nomura
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 603 Pages: 012017-012017

    • DOI

      10.1088/1742-6596/603/1/012017

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Magnetoelectric Response of the Antiferromagnetic Insulator Phase in a Three-Dimensional Correlated System with Spin-Orbit Coupling2015

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Journal Title

      J. Phys.: Conf. Ser.

      Volume: 592 Pages: 012128-012128

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012128

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of Strong Coulomb Interaction in a Three-Dimensional Topological Insulator2014

    • Author(s)
      Akihiko Sekine, Takashi Z. Nakano, Yasufumi Araki, and Kentaro Nomura
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3

    • DOI

      10.7566/jpscp.3.016008

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Weyl Semimetal in the Strong Coulomb Interaction Limit2014

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 83 Issue: 9 Pages: 094710-094710

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.094710

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Axionic Antiferromagnetic Insulator Phase in a Correlated and Spin-Orbit Coupled System2014

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 83 Issue: 10 Pages: 104709-104709

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.104709

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Stability of Multinode Dirac Semimetals against Strong Long-Range Correlations2014

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 90 Issue: 7

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.075137

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Dynamical Magnetoelectric Response of Antiferromagnetic Insulators with Spin-Orbit Coupling2016

    • Author(s)
      Akihiko Sekine
    • Organizer
      2nd Annual World Congress of Smart Materials
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      2016-03-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アクシオン反強磁性絶縁相におけるカイラル磁気効果と異常Hall効果2015

    • Author(s)
      関根聡彦,野村健太郎
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Semimetal-Insulator Transition in Dirac Semimetals Induced by Long-Range Coulomb Interactions2015

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Organizer
      20th International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2015-07-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamical Cross-Correlated Response of Axionic Antiferromagnetic Insulators2015

    • Author(s)
      Akihiko Sekine
    • Organizer
      EMN Qingdao Meeting 2015
    • Place of Presentation
      Qingdao, China
    • Year and Date
      2015-06-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Topological Magnetoelectric Response of Antiferromagnetic Insulators with Spin-Orbit Coupling2015

    • Author(s)
      Akihiko Sekine
    • Organizer
      4th Annual World Congress of Advanced Materials
    • Place of Presentation
      Chongqing, China
    • Year and Date
      2015-05-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 格子ゲージ理論に基づいたDirac半金属における強相関効果の研究2015

    • Author(s)
      関根聡彦,野村健太郎
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Weyl Semimetal in the Limit of Strong Coulomb Interactions2015

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Organizer
      APS March Meeting 2015
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      2015-03-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Weyl Semimetal with Strong Long-Range Coulomb Interactions2015

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Organizer
      International Workshop on Dirac Electrons in Solids
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-01-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子相関を有するスピン軌道結合系におけるアクシオン反強磁性絶縁相2014

    • Author(s)
      関根聡彦,野村健太郎
    • Organizer
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス(愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetoelectric Response of the Antiferromagnetic Insulator Phase in a Three-Dimensional Correlated System with Spin-Orbit Coupling2014

    • Author(s)
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • Organizer
      Strongly Correlated Electron Systems 2014
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2014-07-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Axionic Antiferromagnetic Insulator Phase in a Correlated and Spin-Orbit Coupled System2014

    • Author(s)
      Akihiko Sekine
    • Organizer
      EMN Summer Meeting 2014
    • Place of Presentation
      Cancun, Mexico
    • Year and Date
      2014-06-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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