Electronic State of Excitonic Insulator from viewpoint of Orbital Physics
Project/Area Number |
17H02916
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Research Field |
Condensed matter physics II
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
石原 純夫 東北大学, 理学研究科, 教授 (30292262)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山内 邦彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00602278)
堀田 知佐 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50372909)
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Project Period (FY) |
2017 – 2019
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Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2019)
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Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2017: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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Keywords | 励起子絶縁体 / BiCo03 / スピンダイマー模型 / 四重極相 / マルチフェロイクス / 強相関 / 軌道自由度 / 強相関電子系 / 電子相関 / 磁性 / 光物性 / 誘電体物性 |
Outline of Annual Research Achievements |
[1]強相関拡張された二軌道ハバード模型では、高スピン(HS)相と低スピン(LS)相の間に励起子絶縁体が現れる。この相境界付近で、弱いスピン軌道相互作用を採り入れると、HS相に内在する四重極自由度の揺らぎにより帯磁率が著しく増強されることを明らかにした。 [2][1]の励起子絶縁体の模型において、変分クラスタ法を用いてvertex補正まで取りいれ、光学電導度を計算したところ、励起子絶縁相においては鋭いピークと連続スベクトルという特徴的な構造が得られ、この構造の積分値が励起子の秩序変数でスケールすることから、この相を特徴づける観測量であることを明らかにした。 [3][1]の2軌道ハバード模型の電荷自由度をスピン自由度に読み替えたダイマースピンモデルのうちで、S=1から構成される系において3種類の四重極相を見出し、そのうちフェロネマティック相の比熱の温度依存性に特異なリエントラント現象が生じることを明らかにした。これらの四重極相は[1]の模型の励起子相と読み直すことができる。 [4]励起子絶縁体の候補物質のコバルト酸化物のうち、反強磁性と焦電性を同時に示すマルチフェロイック物質BiCo03に着目し、の第一原理電子状態計算を行った。CoサイトをFeイオンで置換した際の圧電定数の変化を調べたところ、単斜晶構造Bi(Co, Fe)03が大きな圧電定数を示すのは、Co05ピラミッド配位の頂点酸素原子が対称性を下げることなく変位することにより、ピエゾテンソルの非対角項に寄与することが原因であることが分かった。また、スピン軌道相互作用を考慮したバンド計算により、反強磁性磁気空間群の対称性から許されるラシュバ効果を示すことを計算予測した。 [5][4]のBiCo03のスピン軌道相互作用の効果の理解に参考となる有効モデルとして 反強磁性絶縁体の一般化モデルを考案し、擬スピン描像を用いて系の性質をその詳細によらず解析的に明らかにする方法論を開発した。2種類のマグノン(擬スピン自由度)が混成して熱ホール効果やスピンテクスチャを生じる機構として、過去に知られていたスピン軌道相互作用以外に、Kitaev相互作用を含め、多くの空間的に反対称な相互作用が新たに加わることを明らかにした。
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Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(100 results)
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[Journal Article] Petahertz non-linear current in a centrosymmetric organic superconductor2020
Author(s)
Y. Kawakami, T. Amano, H. Ohashi, H. Itoh, Y. Nakamura, H. Kishida, T. Sasaki, G. Kawaguchi, H. M. Yamamoto, K. Yamamoto, S. Ishihara, K. Yonemitsu, and S. Iwai
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 4138-4138
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Quantum paramagnet near spin-state transition2018
Author(s)
K. Tomiyasu, N. Ito, R. Okazaki, Y. Takahashi, M. Onodera, K. Iwasa, T. Nojima, T. Aoyama, K. Ohgushi, Y. Ishikawa, T. Kamiyama, S. Ohira-Kawamura, M. Kofu and S. Ishihara
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Journal Title
Advanced Quantum Technology
Volume: 2018
Issue: 3
Pages: 1800057-1800057
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Probing ultrafast spin-relaxation and precession dynamics in a cuprate Mott insulator with seven-femtosecond optical pulses2018
Author(s)
T. Miyamoto, Y. Matsui, T. Terashige, T. Morimoto, N. Sono, H. Yada, S. Ishihara, Y. Watanabe, S. Adachi, T. Ito, K. Oka, A. Sawa & H. Okamoto
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 9
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Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Magnetic structural unit with convex geometry: A building block hosting an exchange-striction-driven magnetoelectric coupling2018
Author(s)
Kenta Kimura, Yasuyuki Kato, Kunihiko Yamauchi, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Mitsuru Akaki, Masayuki Hagiwara, Shojiro Kimura, Masayuki Toyoda, Yukitoshi Motome, and Tsuyoshi Kimura
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Journal Title
Phys. Rev. Mater.
Volume: 2
Issue: 10
Pages: 104415-104415
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Coulomb Correlations Intertwined with Spin and Orbital Excitations in LaCoO32017
Author(s)
K. Tomiyasu, J. Okamoto, H. Y. Huang, Z. Y. Chen, E. P. Sinaga, W. B. Wu, Y. Y. Chu, A. Singh, R.-P. Wang, F. M. F. de Groot, A. Chainani, S. Ishihara, C. T. Chen, and D. J. Huang
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 119
Issue: 19
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Polarization selectivity of charge localization induced by a 7-fs nearly single-cycle light field in an organic metal2017
Author(s)
Y. Kawakami, Y. Yoneyama, T. Amano, H. Itoh, K. Yamamoto, Y. Nakamura, H. Kishida, T. Sasaki, S. Ishihara, Y. Tanaka, K. Yonemitsu, and S. Iwai
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Issue: 20
DOI
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Peer Reviewed
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[Journal Article] Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas2016
Author(s)
K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, G. S. Tucker, J. Martius, T. Fennell, P. Manuel, D. D. Khalyavin, R. D. Johnson, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 7
Issue: 1
Pages: 130391-7
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 6 fs単一サイクル近赤外パルスによる有機超伝導体の第2、第3高調波発生Ⅱ2020
Author(s)
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Organizer
日本物理学会第75回年次大会
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[Presentation] フェムト秒時間分解X線回折によるLaCo03薄膜の電子-格子相関ダイナミクスの直接観測 Ⅱ2020
Author(s)
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Organizer
日本物理学会第75回年次大会
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Organizer
日本物理学会2019年秋季大会
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[Presentation] Quantum Critical Dynamics2018
Author(s)
Chisa Hotta
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Gordon Research Conference on conductivity and Magnetism in Molecular Materials, Bryant University, RI, US, August 12 - 17, 2018
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