2019 Fiscal Year Final Research Report

Topological phases of strongly correlated materials

Planned Research

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Project Area	Frontiers of materials science spun from topology
Project/Area Number	15H05852
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	Kyoto University
Principal Investigator	Mano Yoshiteru 京都大学, 理学研究科, 教授 (80181600)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	松田祐司京都大学, 理学研究科, 教授 (50199816) 高木英典東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40187935) 鄭国慶岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50231444) 藤本聡大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10263063) 浅野泰寛北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20271637) 宇田川将文学習院大学, 理学部, 准教授 (80431790)
Project Period (FY)	2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords	トポロジカル / 強相関電子系 / トポロジカル超伝導 / トポロジカル半金属 / マヨラナ準粒子 / キタエフ量子スピン液体 / ネマティック超伝導 / カイラル超伝導
Outline of Final Research Achievements	In this research project, we have investigated phenomena characterized by topological quantum states among superconductors, magnetic insulators, and semimetals. As a remarkable achievement, we obtained a strong evidence to ensure the existence of Majorana quasi-particles, which are fractional states of electrons, for the first time in the world in a magnetic insulator. This is done by observing the half-integer quantization of the thermal Hall coefficient in the quantum spin liquid state of a ruthenium compound. In addition, from the development of topological materials, we discovered the first nematic superconductivity, the first superconductivity in antiperovskite oxides, and superconductivity in the line-nodal semimetals. We also deepened our knowledge on topological superconductors that break the time-reversal symmetry.
Free Research Field	低温物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	物質のトポロジカル状態の理解が深まるとともに、トポロジカルとみなせる物質の範疇が急速に広がった。この5年間で、さまざまな超伝導体や絶縁体での研究はもちろん、新たに半金属や磁性体でのトロポジカル状態の研究が大きく進展した。その中から、電子の分数状態であるマヨラナ粒子を世界に先駆けて実証できた。このような分数化粒子の性質は、量子計算の基礎にもなると期待される。トポロジーの視点は、既知の現象に別の見方を付加するというだけのものではなく、新しい物質や新奇現象を生み出す強い原動力になることを明確に示した。本研究の成果は、トポロジカル物質科学の学術分野構築に大いに貢献した。