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Experimental observation and development of the novel quantum phenomena originating from the Dirac/Weyl fermions in the bulk materials

Research Project

Project/Area Number 16H06114
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Physical properties of metals/Metal-base materials
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Murakawa Hiroshi  大阪大学, 理学研究科, 助教 (40611744)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥20,540,000 (Direct Cost: ¥15,800,000、Indirect Cost: ¥4,740,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2016: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Keywordsワイル半金属 / トポロジカル物性 / ランダウ準位 / 磁気抵抗効果 / スピン分裂キャリア / 量子振動 / カイラルアノマリー / 物性実験 / 金属物性・材料 / 電子・磁気物性 / 巨大磁気抵抗効果 / 高移動度大型単結晶 / ベリー位相
Outline of Final Research Achievements

We have investigated for the novel phenomena originating from the Weyl fermion in the crystals. We synthesized the large size of the single crystals of the Weyl semimetal TaAs and NbAs and measured their electrical conducting properties under the precise control of the magnetic-field directions. We observed the negative magnetoresistance stemming from the nondissipative conduction of the Weyl fermions and the unusual plateau in the Hall resistivity in the quantum limit. Furthermore, we found that the Landau levels in the system including a pair of the Weyl points changes discontinuously just by changing the magnetic-field direction as if the band topology changed. This result implies the new energy quantization rule in the Weyl fermion, which cannot be explained by the conventional theories.
We synthesized the extremely high quality single crystal of NbAs2 and observed the magnetoresistance of 2 million, which is two orders higher than the other reported binary semimetals.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、ワイル半金属の大型の良質単結晶を用いて低温強磁場中での物性測定を行い、
結晶中の相対論的粒子の基本的な性質や、特殊なバンド構造に由来した新奇な量子現象について、これまでの理論的な提案を実証するのみならず、従来の常識では説明できない新たな発見をすることができた。シンプルな系を用いて電子系のトポロジーを反映した本質的な現象を実験的に明らかにした本研究成果は、これからの物性物理学の進展に大きく貢献するものである。

Report

(3 results)
  • 2018 Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (29 results)

  • [Journal Article] Electrochemical synthesis of phthalocyanine-molecular mixed crystals in dilute solution2018

    • Author(s)
      R. Ishii, H. Murakawa , M. Nishi , M. Matsuda , H. Sakai and N. Hanasaki
    • Journal Title

      J. Cryst. Growth

      Volume: 487 Pages: 92-92

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2018.02.023

    • Related Report
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  • [Journal Article] Nanoscale ice-type structural fluctuation in spinel titanetes2018

    • Author(s)
      S. Torigoe, T. Hattori, K. Kodama, T. Honda, H. Sagayama, K. Ikeda, T. Otomo, H. Nitani, H. Abe, H. Murakawa, \underline{H. Sakai}, and N. Hanasaki
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 98 Issue: 13 Pages: 134443-134443

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.134443

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  • [Journal Article] Enhanced magnetoresistance in the binary semimetal NbAs2 due to improved crystal quality2018

    • Author(s)
      K.Yokoi, H.Murakawa, M.Komada, T.Kida, M.Hagiwara, H.Sakai, and N.Hanasaki
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 2 Issue: 2 Pages: 024203-024203

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.024203

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis and Characterization of Iodide-coordinated Dinuclear Molecular Single Crystal Cr2(mu-I)2I4(C8N2H4)42017

    • Author(s)
      Hiroshi Murakawa, Moriyoshi Komada, and Noriaki Hanasaki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 46 Issue: 4 Pages: 554-556

    • DOI

      10.1246/cl.161205

    • NAID

      130005549082

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      秋葉和人, 小林達生, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 上床美也, 徳永将史
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      清水智可, 杉本崇, 石井龍太, 村川寛, 西美樹, 松田真生, 稲辺保, 酒井英明, 花咲徳亮
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      薦田匠, 服部崇幸, 中野岳仁, 野末泰夫, 山下智史, 中澤康浩, 佐賀山基, 酒井英明, 村川寛, 花咲徳亮
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      中川賢人, 酒井英明, 鶴田圭吾, 越智正之, 黒木和彦, 増田英俊, 石渡晋太郎, 村川寛, 花咲徳亮
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      島岩泰暉, 密岡拓心, 村川寛, 駒田盛是, 横井滉平, 酒井英明, 花咲徳亮, 溝川貴司
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  • [Presentation] 角度分解光電子分光で観測されたTaAsのTa終端における電子構造2018

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      密岡拓心, 岡本陽平, 溝川貴司, 村川寛, 駒田盛是, 横井滉平, 酒井英明, 花咲徳亮, E.F.Schwier, 島田賢也, 生天目博文
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      日本物理学会2018年秋季大会
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  • [Presentation] PbTeにおける“Diracness”の評価とその圧力依存性2018

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      秋葉和人, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 中西良樹, 吉澤正人, 小林達生, 徳永将史
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      栗原綾佑, 三宅厚志, 徳永将史, 秋葉和人, 酒井英明, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫
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  • [Presentation] Variation of Berry’s phase depending on a magnetic-field direction in the Weyl semimetal NbAs2018

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      村川 寛
    • Organizer
      22th Conference on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ワイル半金属NbAsにおける磁場方位に依存したベリー位相の観測2018

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      鶴田圭吾
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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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