Theoretical study of hidden electronic structure property of orbital ordering phase protected by magnetic space group symmetry

• Project/Area Number: 15K17713
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Tohoku University (2018); Institute of Physical and Chemical Research (2015-2017)
• Principal Investigator: Suzuki Michi-To 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 第一原理計算 / 反強磁性 / トポロジー / 多極子 / 異常ホール効果 / 磁気空間群

Outline of Final Research Achievements

We have developed the method to predict the physical property of magnetic materials by making use of information of magnetic symmetry in antiferromagnets as well as ferromagnets and further suggested a novel method which generate the magnetic structures the induce aimed physical property such as anomalous Hall effect and magnetoelectric effect. These theory was originally suggested as the method to identify the degree of freedom that induce the non-collinear magnetic order phase with zero magnetization observed recently in Mn3Sn and Mn3Ge and led to the discovery of anomalous Nernst effect and magnetic optical Kerr effect in the magnetic order phases of these compounds.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在機能性材料として使われている磁性体のほとんどは強磁性体である。材料としての機能性は多くの場合外部から電場や磁場を印加した際の応答現象によるものであるが、近年、強磁性体でのみ発現すると考えられていた異常ホール効果や異常ネルンスト効果といった現象が一部の反強磁性体で強磁性体と同等かそれ以上の効果として現れることが明らかになっている。
本研究プロジェクトでは、これらの磁気的な秩序相の対称性の情報を最大限に活用することで反強磁性体の物性現象を明らかにでき、磁性体材料の可能性を反強磁性体にまで広げたことで、今後の物質探索や物質設計研究に大きな変革をもたらすことが期待できる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CEA/LNCMI/CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] Nat. Inst. of Stand. and Tech./Brookhaven National Laboratory/Cond. Mat. Theo. Cent. Joint Quant. Ins.(米国)
• [Int'l Joint Research] Uppsala University(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] HPSTAR(中国)
• [Int'l Joint Research] Helm.-Zent. Berlin fur Mater. und Energ.(ドイツ)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] Iowa State University/The Ohio State University/University of Tennessee(米国)
• [Int'l Joint Research] Uppsala University(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] Los Alamos National Laboratory/Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)
• [Journal Article] Multipole expansion for magnetic structures: A generation scheme for a symmetry-adapted orthonormal basis set in the crystallographic point group (2019)
  • Author(s): M.-T. Suzuki, T. Nomoto, R. Arita, Y. Yanagi, S. Hayami, H. Kusunose
  • Journal Title: Physical Review B Volume: Accepted
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Large magneto-optical Kerr effect and imaging of magnetic octupole domains in an antiferromagnetic metal (2018)
  • Author(s): Higo Tomoya、Man Huiyuan、Gopman Daniel B.、Wu Liang、Koretsune Takashi、van ’t Erve Olaf M. J.、Kabanov Yury P.、Rees Dylan、Li Yufan、Suzuki Michi-To、Patankar Shreyas、Ikhlas Muhammad、Chien C. L.、Arita Ryotaro、Shull Robert D.、Orenstein Joseph、Nakatsuji Satoru
  • Journal Title: Nature Photonics Volume: 12 Issue: 2 Pages: 73-78
  • DOI: 10.1038/s41566-017-0086-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First-principles Theory of Magnetic Multipoles in Condensed Matter Systems (2018)
  • Author(s): Suzuki Michi-To、Ikeda Hiroaki、Oppeneer Peter M.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 87 Issue: 4 Pages: 041008-041008
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.041008
  • NAID: 210000134761
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fermi Surfaces in the Antiferromagnetic, Paramagnetic and Polarized Paramagnetic States of CeRh2Si2 Compared with Quantum Oscillation Experiments (2017)
  • Author(s): Pourret Alexandre、Suzuki Michi-To、Morales Alexandra Palaccio、Seyfarth Gabriel、Knebel Georg、Aoki Dai、Flouquet Jacques
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 86 Issue: 8 Pages: 084702-084702
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.084702
  • NAID: 210000134472
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pressure-induced anomalous valence crossover in cubic YbCu5-based compounds (2017)
  • Author(s): H. Yamaoka, N. Tsujii, M.T. Suzuki, Y. Yamamoto, I. Jarrige, H. Sato, J.F. Lin, T. Mito, J. Mizuki, H. Sakurai, O. Sakai, N. Hiraoka, H. Ishii, K.D. Tsuei, M. Giovannini, E. Bauer
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 5846-5846
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06190-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large anomalous Nernst effect at room temperature in a chiral antiferromagnet (2017)
  • Author(s): Ikhlas Muhammad、Tomita Takahiro、Koretsune Takashi、Suzuki Michi-To、Nishio-Hamane Daisuke、Arita Ryotaro、Otani Yoshichika、Nakatsuji Satoru
  • Journal Title: Nature Physics Volume: 13 Issue: 11 Pages: 1085-1090
  • DOI: 10.1038/nphys4181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for magnetic Weyl fermions in a correlated metal (2017)
  • Author(s): Kuroda K.、Tomita T.、Suzuki M.-T.、Bareille C.、Nugroho A. A.、Goswami P.、Ochi M.、Ikhlas M.、Nakayama M.、Akebi S.、Noguchi R.、Ishii R.、Inami N.、Ono K.、Kumigashira H.、Varykhalov A.、Muro T.、Koretsune T.、Arita R.、Shin S.、Kondo Takeshi、Nakatsuji S.
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 16 Issue: 11 Pages: 1090-1095
  • DOI: 10.1038/nmat4987
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 多極子伝導系の第一原理計計算ー局在多極子からクラスター多極子ー (2017)
  • Author(s): 鈴木通人, 五宝健, 播磨尚朝
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 52
• [Journal Article] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2017)
  • Author(s): M.-T. Suzuki, T. Koretsune, M. Ochi, R. Arita
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.094406
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spectroscopic evidence for type II Weyl semimetal state in MoTe2 (2016)
  • Author(s): Lunan Huang, Timothy M. McCormick, Masayuki Ochi, Zhiying Zhao, Michi-To Suzuki, Ryotaro Arita, Yun Wu, Daixiang Mou, Huibo Cao, Jiaqiang Yan, Nandini Trivedi, Adam Kaminski
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 15 Issue: 11 Pages: 1155-1160
  • DOI: 10.1038/nmat4685
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Local symmetry effects in actinide 4f x-ray absorption in oxides (2016)
  • Author(s): S. M. Butorin, A. Modin, J. R. Vegelius, Michi-To Suzuki, P. M. Oppeneer, D. A. Andersson, D. K. Shuh
  • Journal Title: analytical chemistry Volume: 88 Issue: 8 Pages: 4169-4173
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.5b04380
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 反強磁性体の磁気対称性・トポロジーと異常ホール効果 (2019)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 第１１回凝縮系理論勉強会
• [Presentation] 反強磁性体の異常ホール効果の系統的研究 (2019)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: TMS新学術領域 第4回領域研究会
• [Presentation] Topology and multipole inducing intrinsic anomalous Hall effect in antiferromagnet (2018)
  • Author(s): Michi-To Suzuki
  • Organizer: Second TMS-PKU allianace workshop
  • Invited
• [Presentation] 第一原理データベースと機械学習によるトポロジカル磁性体の探索と物性予測 (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 第4回東北大学若手研究者アンサンブル研究会
• [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による物質設計, (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: さきがけ研究領域 「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」第7回領域会議
• [Presentation] クラスター多極子理論のトポロジー・マクロ物性研究への応用 (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による物質設計 (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: さきがけ研究領域「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した 先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」平成30年度 第６回領域会議
• [Presentation] 第一原理計算による反響磁性体の電子構造トポロジーとマクロ物性の研究 (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 新学術領域「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」 公募研究キックオフミーティング
• [Presentation] クラスター多極子理論の応用 (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 新学術領域研究「J-Physics： 多極子伝導系の物理」トピカルミーティング 「どう創る？：キラル磁性体 と拡張多極子」
  • Invited
• [Presentation] クラスター多極子による反強磁性相の巨視的秩序パラメータ (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: J-Physics：多極子伝導系の物理平成29年度領域全体会議
  • Invited
• [Presentation] 固体中の多極子自由度の第一原理計算による研究 (2018)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 日本物理 学会第73回年次大会
  • Invited
• [Presentation] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2017)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤謝恩ホール（東京都本郷）
  • Year and Date: 2017-01-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] クラスター多極子理論による反強磁性体の巨大非対角応答の物質設計 (2017)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: ナノテクイニシャティブ研究会「マテリアルズ・インフォマティクス・ネットワーク」
  • Place of Presentation: メープル有馬（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2017-01-10
  • Invited
• [Presentation] クラスター多極子理論に基づく反強磁性体の非対角応答現象 の物質設計 (2017)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: J-Physicsトピカルミーティング「局在多極子と伝導電子の相関 による新現象」
  • Invited
• [Presentation] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2017)
  • Author(s): Michi-To Suzuki
  • Organizer: Interdisciplinary Symposium on Modern Density Functional Theory (iDFT)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2017)
  • Author(s): Michi-To Suzuki
  • Organizer: Spin-orbit interaction and G-factor (SOIG2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2017)
  • Author(s): Michi-To Suzuki
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlate Electron Systems (SCES2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 結晶構造における多極子・トロイダル磁気構造の生成手法と 非対角応答現象の研究 (2017)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] Cluster multipole theory for macroscopic magnetization of antiferromagnetism: Application to anomalous Hall effect and recent progress (2017)
  • Author(s): Michi-To Suzuki
  • Organizer: International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による磁性体の物質設計 (2017)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: ポ スト新物質開発のための戦略会議
  • Invited
• [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による物質設計 (2017)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: さきがけ研究領域「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合し た先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」平成29 年度 第５回領域会議
  • Invited
• [Presentation] 反強磁性体の巨視的秩序パラメータと異常ホール効果の研究 (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 第6回「強相関電子系理論の最前線」研究会
  • Place of Presentation: 勝浦観光ホテル(和歌山県那須勝浦町)
  • Year and Date: 2016-12-21
  • Invited
• [Presentation] Cluster multipole theory for anomalous Hall effect in antiferromagnets (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 第２回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
  • Place of Presentation: 東北大学片平さくらホール(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-12-16
• [Presentation] Theoretical investigation of anomalous Hall effect in antiferromagnets (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: Joint 13th Asia Pacific Physics Conference and 22nd Australian Institute of Physics Congress (APPC-AIP)
  • Place of Presentation: Brisbane Convention and Exhibition Centre (オーストラリア)
  • Year and Date: 2016-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 反強磁性体の巨視的秩序パラメータと異常ホール効果の研究 (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 第16回 琉球大学物性研究会
  • Place of Presentation: 琉球大学(沖縄県那覇市)
  • Year and Date: 2016-11-26
  • Invited
• [Presentation] Cluster-multipole-driven Anomalous Hall Effect in antiferromagnets (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: International workshop on nano-spin conversion science & quantum spin dynamics (NSCS-QSD)
  • Place of Presentation: 東京大学武田先端知ビル（東京都本郷）
  • Year and Date: 2016-10-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 反強磁性相の電子構造トポロジーと異常ホール効果 (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 拡張多極子による電気的・磁気的秩序の表現について (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: J-Physics 多極子伝導系の物理：理論討論会,
  • Place of Presentation: 明治大学駿河台キャンパス（東京都神田）
  • Year and Date: 2016-06-04
  • Invited
• [Presentation] 反強磁性体における巨大異常ホール効果の物質設計 (2016)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 日本物理学会年次大会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] First-principles study of Berry curvature and anomalous hall effects in antiferromagnets (2016)
  • Author(s): Michi-To Suzuki
  • Organizer: Asia-Pacific Workshop (APW)-CEMS Joint Workshop "Highlights of modern condensed matter physics"
  • Place of Presentation: 理化学研究所（埼玉県・和光市）
  • Year and Date: 2016-01-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ベリー曲率に起因する物性の第一原理計算による研究 (2015)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Organizer: 第五回「強相関電子系理論の最前線」研究会
  • Place of Presentation: 勝浦観光ホテル（和歌山県・那智勝浦町）
  • Year and Date: 2015-12-20
• [Book] マテリアルズ・インフォマティクスによる材料開発と活用集 ーデータベースの構築、記述子の設計法、モデル作成 ー (2019)
  • Author(s): 鈴木通人
  • Total Pages: 463
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861047329
• [Remarks]
  • URL: http://micsu138.web.fc2.com/Papers.html
• [Remarks]
  • URL: https://researchmap.jp/read0119130/?lang=japanese
• [Remarks]
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Michi_To_Suzuki
• [Remarks]
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/G-6298-2013
• [Remarks]
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-1283-7604
• [Remarks]
  • URL: http://micsu138.web.fc2.com/Achievement.html
• [Remarks]
  • URL: http://micsu138.web.fc2.com/Achievement.html