2023 Fiscal Year Final Research Report

Theoretical studies of quantum liquid crysital states

Planned Research

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Project Area	Physical Properties of Quantum Liquid Crystals
Project/Area Number	19H05825
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	Nagoya University
Principal Investigator	Kontani Hiroshi 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90272533)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	求幸年東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40323274) 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) 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) 池田浩章立命館大学, 理工学部, 教授 (90311737) 佐藤正寛千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (90425570)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	量子液晶 / 電荷液晶 / スピン液晶 / 電子対液晶 / 物性理論
Outline of Final Research Achievements	Strongly correlated electron systems host various exotic quantum phase transition phenomena. Recently, "quantum liquid crystals" with nano to mesoscale self-organization have been discovered in both metallic and localized spin systems. In this research project, we conducted a comprehensive theoretical study to understand the fundamental nature of quantum liquid crystals. Several important and universal principles behind various quantum liquid crystals have been discovered in this project. The members performed fruitful collaboration and discovered many new types of quantum liquid crystals that were unknown at the time of the start of the research. Furthermore, we have verified and predicted quantum liquid crystals through collaboration with experimentalists from other groups. We have contributed to developing the science of quantum liquid crystals from the theoretical side.
Free Research Field	物性理論
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	量子液晶という物性物理における新発見に対して、物性物理の各分野で独立に発展してきた異分野の理論手法を糾合することで、その根底にある普遍的な原理を世界に先駆けて解明した。液晶秩序の持つ敏感な外場応答に注目して、新しいデバイスの原理となる制御理論を提案した。キタエフ量子スピン液体に現れるマヨラナ粒子のような新種の素励起（固体中の新素粒子）や、非従来型超伝導などの液晶揺らぎによる創発現象を明らかにした。さらに第一原理的手法を駆使して、金属から絶縁体に至る物質群で量子液晶状態を実現する物質設計の理論に取り組み、重要な成果を得た。