2016 Fiscal Year Research-status Report
空間・時間反転対称性の破れが創出する量子伝導と光学応答の理論
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15K05176
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
楠瀬 博明 明治大学, 理工学部, 専任教授 (00292201)
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| 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)
速水 賢 北海道大学, 理学研究院, 助教 (20776546)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非対称マグノン分散 / 反転対称性の破れ / カイラルソリトン / 反対称スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、スピン軌道相互作用が強い f・d 電子系において、電子相関による自発的な空間・ 時間反転対称性の破れが創出する量子伝導と光学応答を理論的に開拓することである。この目的に対して、次のような成果を得た。(1) 局所的な反転対称性の破れをもつ系において発現するトロイダル磁気秩序状態の励起構造を計算し、波数空間に関して非対称なマグノン分散が発現することを明らかにした。これらは、中性子散乱実験によって確認されつつある。(2) 原子位置で反転中心をもたない格子系において、空間反転対称性の破れを伴う自発的な秩序状態が生じることで、隠れた反対称スピン軌道相互作用が顕在化し、電子状態や電気磁気応答を含む非対角応答に大きな影響を与えることを明らかにした。(3) 多軌道ハバード模型において、電荷の不均一化を伴った自発的な対称性の破れによる反対称スピン軌道相互作用の活性化と、それによる新規なトポロジカル物性を明らかにした。(4) 正四角台塔と呼ばれる低対称なクラスタを有するBa(TiO)Cu4(PO4)4に見られるマルチフェロイックな性質を説明する理論モデルを構築し、磁場中相図を明らかにするとともに、新しい磁気誘電特性を理論的に予言した。(5) カイラル磁性体に対する伝導電子を含んだモデルに対するモンテカルロ計算を行い、カイラルソリトン格子と呼ばれる状態における伝導性と磁性の絡み合いの様子を明らかにした。
以上の成果はいずれも新しいタイプの電気磁気応答のプロトタイプとなる機構を提案している点において重要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で掲げた明らかにする5点のうち、(1) ミクロな奇パリティ多極子の表現法の構築: 磁気四極子、トロイダル磁化、複数サイト多量体 などの奇パリティ多極子自由度を統一的に扱うための表現論を、群論、多極子展開を用いて構築する。(3) 揺らぎを含めた多体効果の数値的解明: 多軌道ハバード模型などのミクロな模型に基づき、量子モンテカルロ法、クラスター動的平均場理論などを用いて、秩序の安定性、輸送現象、光学応答に おける揺らぎや多体相関の効果を解明する。(4) 典型物質の解析: 発展させた理論を典型物質に適用し、新奇現象の実験的検証法を提案する、の３点について、おおむね計画通りに研究を推進し、反転対称性の自発的な破れと非対角応答に関する物性を明らかにできている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(2) 奇パリティ多極子秩序と反転対称性の破れの現象論: スピン軌道相互作用と局所的な反転対称 性の破れを取り込んだミニマル模型を用いて、奇パリティ多極子秩序と反転対称性の破れに関する現 象論を展開し、量子 (スピン) 伝導、非線形光学応答などの諸現象を定性的に解明する。(5) 秩序相における新現象の開拓: 反転対称性の破れのもとで生じる、スピン軌道選択型金属絶縁体転移、異常な円二色性光学応答などの新現象を理論的に開拓する、の２点について重点的に研究を進める。
また、多サイトに拡張した多極子の概念を用いた系統的な物性探索の方法について新たな進展があったので、そちらについても予備的な研究を進める。
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| Causes of Carryover |
端数が生じたため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
旅費に繰り込み有効に活用する
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Research Products
(28 results)
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[Journal Article] Magnetoelectric Behavior from S=1/2 Asymmetric Square Cupolas2017
Author(s)
Yasuyuki Kato, Kenta Kimura, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Mitsuru Akaki, Masayuki Hagiwara, Masakazu Sera, Tsuyoshi Kimura, and Yukitoshi Motome
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 118
Pages: 107601/1-5
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 正四角台塔系における磁気秩序の多極子分解と電気磁気応答2017
Author(s)
加藤康之, 木村健太, 三宅厚志, 徳永将史, 松尾 晶, 金道浩一, 赤木 暢, 萩原政幸, 世良正一, 木村 剛, 求 幸年
Organizer
日本物理学会第72回年次大会
Place of Presentation
大阪府、吹田市、大阪大学
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 反強磁性カイラル正四角台塔系(A(TiO)Cu4(PO4)4(A=Ba, Sr))の磁化曲線と電気磁気効果2016
Author(s)
加藤康之, 木村健太, 三宅厚志, 徳永将史, 松尾 晶, 金道浩一, 赤木 暢, 萩原政幸, 世良正一, 木村 剛, 求 幸年
Organizer
日本物理学会2016年秋季大会
Place of Presentation
石川県、金沢市、金沢大学
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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