Physical Properties of Quantum Liquid Crystals

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Physical Properties of Quantum Liquid Crystals
• Project/Area Number: 19H05822
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Shibauchi Takasada 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 戸川 欣彦 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00415241) ; 和達 大樹 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (00579972) ; 小林 研介 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10302803) ; 永崎 洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (20242018) ; 大串 研也 東北大学, 理学研究科, 教授 (30455331) ; 花栗 哲郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (40251326) ; 求 幸年 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40323274) ; 岡崎 浩三 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40372528) ; 遠山 貴巳 東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 教授 (70237056) ; SHANNON Nic 沖縄科学技術大学院大学, 量子理論ユニット, 教授 (70751585) ; 木村 剛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80323525) ; 有田 亮太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592) ; 有馬 孝尚 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (90232066) ; 紺谷 浩 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90272533)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Keywords: 対称性の破れ / ネマティック / 回転対称性 / 電子液晶 / スピン液晶 / 量子多体効果 / ソフトマター / 量子液体

Outline of Final Research Achievements

In this project, we aimed to unify the study of electronic states resembling liquid crystals, which appear in correlated metals, spin systems, and superconductors, under the concept of Quantum Liquid Crystals (QLCs). Through collaboration among researchers studying different target materials, we achieved significant advancements in understanding the diversity and universality of QLCs. These advancements include the discovery of various novel QLCs, the development of theoretical guidelines to classify their diversity, and the verification of unconventional superconductivity caused by QLC fluctuations. We promoted researcher interaction and joint research by organizing annual meetings and international conferences, managing shared facilities, and supporting young researchers. Additionally, we engaged in public relations activities including video distribution and international activities including participation in the international supernetwork called Quantum Materials Accelnet.

Free Research Field

固体電子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

液晶状態は、液体の持つ流動性と固体の持つ異方性を合わせ持つ状態である。固体中の電子では、量子力学的なスピン自由度や軌道自由度により方向性が出現し、電子集団全体として非自明な異方性を獲得する場合がある。このような電子状態を「量子液晶」という新しい概念により統一的に捉える研究を推進した。特に、本新学術領域研究により異分野の研究者の連携を促進することで、今までにない新しい量子液晶状態の発見につながり、様々な量子液晶の普遍的な理解が格段に進歩した。物性物理学で重要な分野である量子液体に異方性を導入した量子液晶の研究は、今後ますます発展が期待される。