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Designing Kitaev-type metal-organic frameworks and engineering their correlation effects

Research Project

Project/Area Number 17J05736
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

山田 昌彦  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords量子スピン液体 / プロトン / 水素結合 / ハイブリッド量子液体 / 量子スピン軌道液体 / 金属有機構造体 / ジルコニウム化合物
Outline of Annual Research Achievements

本年度の4月は米マサチューセッツ公開大学に引き続き滞在したが、帰国後はすでに投稿した量子バレンスボンドアイスの研究を発展させ、同じようなハイブリッド量子液体状態がキタエフ物質であるH3LiIr2O6において実現しないか検討した。その結果、水素結合中のプロトンの運動を量子的に扱うのは非常に難しいが、水素結合を古典的な無秩序性に置き換えれば問題が数値的に可解となることを発見した。そのため、大規模数値計算を用いて無秩序キタエフ模型を解く研究を行った。この研究は途中滞在したカリフォルニア大学サンタバーバラ校カブリ理論物理学研究所でも行われた。
また、この研究は当初の研究目的であるキタエフ型金属有機構造体にも関係している。キタエフ型金属有機構造体においてもH3LiIr2O6と同様に水素結合が存在する場合を考えることができ、その場合は同じような乱れが系に存在することになる。水素結合が存在しない場合も構造やスタッキングの微妙な揺らぎにより金属有機構造体特有の無秩序性が存在することは容易に期待できるため、キタエフスピン液体における乱れの効果を研究することは当初の研究目的にもかなっていると言える。
具体的には無秩序キタエフ模型を解くための計算コードの開発を始め、励起ギャップの計算にはカーネルポリノミアル法と呼ばれる計算手法が、熱伝導度の計算には非可換チャーン数を用いた計算が有効であることを発見し、これにより劇的に従来の手法と比べて計算コストを減らせることを発見した。これらの成果はオンライン開催となった日本物理学会の年次大会で発表され、来年度以降論文として投稿・出版予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] マサチューセッツ工科大学/カブリ理論物理学研究所(米国)

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  • [Int'l Joint Research] タタ基礎研究所(インド)

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  • [Int'l Joint Research] マサチューセッツ工科大学(米国)

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  • [Int'l Joint Research] シュトゥットガルト大学/マックスプランク固体物理学研究所(ドイツ)

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  • [Int'l Joint Research] ケルン大学/シュトゥットガルト大学/マックスプランク固体物理学研究所(ドイツ)

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  • [Int'l Joint Research] ヨーテボリ大学(スウェーデン)

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  • [Journal Article] Emergent SU(4) Symmetry in α-ZrCl3 and Crystalline Spin-Orbital Liquids2018

    • Author(s)
      Yamada Masahiko G.、Oshikawa Masaki、Jackeli George
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 121 Issue: 9 Pages: 097201-097201

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.097201

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Designing Kitaev Spin Liquids in Metal-Organic Frameworks2017

    • Author(s)
      Yamada Masahiko G.、Fujita Hiroyuki、Oshikawa Masaki
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 119 Issue: 5 Pages: 057202-057202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.057202

    • NAID

      130006246717

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystalline Kitaev spin liquids2017

    • Author(s)
      Yamada Masahiko G.、Dwivedi Vatsal、Hermanns Maria
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 96 Issue: 15 Pages: 155107-155107

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.155107

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 無秩序キタエフ模型の熱力学2020

    • Author(s)
      山田昌彦
    • Organizer
      日本物理学会年次大会2020(領域8)
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Theory of Proton-Driven Quantum Spin-Dipole Liquids2019

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SU(4) quantum spin-orbital liquids and beyond2019

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      Low-Dimensional Emergent Phenomena in Correlated Systems and Topological Quantum Matter,
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin-dipole entangled quantum liquid2019

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      Quantum Information and String Theory 2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Emergent SU(4) symmetry and quantum spin-orbital liquid in α-ZrCl32019

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      Topological Quantum Matter: Concepts and Realizations
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Emergent SU(4) symmetry and quantum spin-orbital liquid in α-ZrCl32019

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
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      Topological Quantum Matter: From Fantasy to Reality
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum valence bond ice and its relation to κ-H3(Cat-EDT-TTF)22019

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      APS March Meeting 2019
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Emergent SU(4) symmetry and quantum spin-orbital liquid in α-ZrCl32018

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Emergent SU(4) symmetry and quantum spin-orbital liquid in α-ZrCl32018

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      Topological phases of matter [TOPMAT]: from the quantum Hall effect to spin liquids
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Emergent SU(4) symmetry and quantum spin-orbital liquid in α-ZrCl32018

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      Highly Frustrated Magnetism 2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantum valence bond ice and possible relation to κ-H3(Cat-EDT-TTF)22018

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      International Conference on Magnetism 2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 量子バレンスボンドアイスと、そのκ-H3(Cat-EDT-TTF)2との関係2018

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada
    • Organizer
      日本物理学会・領域7
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] α-ZrCl3 における創発SU(4)対称性と量子スピン軌道液体状態2018

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, Masaki Oshikawa, and George Jackeli
    • Organizer
      2018 年日本物理学会年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 空間群の対称性と創発SU(4)対称性によって守られたフィリングエンフォースト量子スピン軌道液体2017

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, Masaki Oshikawa, and George Jackeli
    • Organizer
      第62回物性若手夏の学校
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 新しい三次元キタエフ模型における,空間群の対称性に守られた三次元ディラック分散2017

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, Vatsal Dwivedi, and Maria Hermanns
    • Organizer
      2017年日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] (10,3)d 格子上の三次元キタエフ模型における,空間群の対称性に守られたノーダルラインスピン液体2017

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, Vatsal Dwivedi, and Maria Hermanns
    • Organizer
      2017年日本物理学会秋季大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層ダブルペロブスカイトSr2FeMoO6における強固なハ ーフメタル的フェリ磁性2017

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, and George Jackeli
    • Organizer
      2017年日本物理学会秋季大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Designing Kitaev Spin Liquids in Metal-Organic Frameworks2017

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, Hiroyuki Fujita, and Masaki Oshikawa
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Robust Half-Metallic Ferrimagnetism in a Monolayer Double Perovskite Sr2FeMoO62017

    • Author(s)
      Masahiko G. Yamada, and George Jackeli
    • Organizer
      2017 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Masahiko G. Yamada

    • URL

      https://sites.google.com/site/masahikogyamada/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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