Theoretical study on pyrochlore and kagome quantum spin liquids and their topological properties
| Project/Area Number |
16K05426
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Condensed matter physics II
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
Onoda Shigeki 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70455335)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 量子スピン液体 / 量子スピンアイス / モノポール / 理論 / パイロクロア / スピンアイス / パイロクロア格子 / カゴメ格子 / フラストレート磁性体 / スピン液体 / フラストレートスピン系 / 物性理論 / 磁性 / フラストレーション |
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| Outline of Final Research Achievements |
We theoretically studied novel phenomena characteristic to pyrochlore quantum spin ice, a candidate for a U(1) quantum spin liquid, and produced the following cutting-edge achivements.
We have revealed the global phase diagram under the [111] magnetic field, discovering a valence bond solid and a monopole supersolid.In the junction sandwiching the U(1) quantum spin liquid with two Higgs ferromagnets, it has been found that the electric field applied parallel to the interface induces a tunneling monopole supercurrent and a change in the magnetization normal to the interface. We have proposed the A-site-deintercalated spinel iridate Ir2O4 as a candidate high-temperature quantum spin ice. The first magentic excitation in the ferromagnetic phase of Yb2Ti2O7 has been explained as otherwise gapless artificial photons that acquire an energy gap through the Higgs mechanism.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
これまで量子スピン液体は極低温に到達しなければ議論できず、純粋に科学的興味からしか研究されてこなかった。特に、実験的にはU(1)量子スピン液体の直接的な証拠を得る方法が認識されていなかった。本研究の成果は，量子スピンアイスの接合系を用いることで、この系でU(1)量子スピン液体を検出することが可能であることを示唆している点で学術的な意義が高い。さらに、高温量子スピンアイスに向けた物質開発を先駆け、モノポールのトンネル超流動流を利用したデバイスについて日米で特許を申請しており、革新的機能性磁性体開発の第一歩となる潜在性をもつ点で、社会的にも意義が高いと思われる。
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Report
(5 results)
Research Products
(42 results)
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[Journal Article] Quadrupole Order in the Frustrated Pyrochlore Tb2+xTi2-xO7+y2016
Author(s)
H. Takatsu, S. Onoda, H. Takatsu, S. Kittaka, A. Kasahara, Y. Kono, T. Sakakibara, Y. Kato, B. Fåk, J. Ollivier, J. W. Lynn, T. Taniguchi, M. Wakita, H. Kadowaki
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 116
Issue: 21
Pages: 2172011-5
DOI
NAID
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Emergent spin-1 Haldane gap and ferroelectricity in a frustrated spin-1=2 ladder2018
Author(s)
H. Ueda, S. Onoda, Y. Yamaguchi, T. Kimura, D. Yoshizawa, T. Morioka, M. Hagiwara, M. Hagihala, M. Soda, T. Masuda, T. Sakakibara, K. Tomiyasu, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, R. Kajimoto, M. Nakamura, Y. Inamura, M. Hase, Y. Yasui
Organizer
International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2018
Related Report
Int'l Joint Research
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[Presentation] フラストレートスピン1/2ラダーRb2Cu2Mo3O12に現れるスピン1ハルデンギャップと強誘電性2018
Author(s)
上田宏, 小野田繁樹, , 山口泰弘, 木村剛, 吉澤大智, 森岡俊晶, 萩原政幸, 萩原雅人, 左右田稔, 益田隆嗣, 榊原俊郎, 富安啓輔, 河村聖子, 中島健次, 梶本亮一, 中村充孝, 稲村泰弘, 長谷正司, 安井幸夫
Organizer
日本物理学会第73回年次大会 （東京理科大学)
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