2020 Fiscal Year Annual Research Report
Materials Design and Exploration of Functions for Strongly Correlated Materials - Challenges to Non-equilibrium and Non-Periodic Systems
Project/Area Number |
16H06345
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Research Institution | Waseda University |
Principal Investigator |
今田 正俊 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山地 洋平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (00649428)
三澤 貴宏 早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員(研究院准教授) (10582687)
野村 悠祐 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, 研究員 (20793756)
三宅 隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (30332638)
大槻 東巳 上智大学, 理工学部, 教授 (50201976)
井戸 康太 東京大学, 物性研究所, 助教 (50827251)
中村 和磨 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (60525236)
平山 元昭 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, ユニットリーダー (70761005)
有田 亮太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80332592)
望月 維人 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80450419)
酒井 志朗 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, 上級研究員 (80506733)
只野 央将 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (90760653)
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Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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Keywords | 第一原理計算 / 強相関電子系 / 階層的第一原理強相関電子状態計算法 / 高温超伝導 / 量子流体と量子スピン液体 / 分数化 / 非平衡・ダイナミクス / 非周期系 |
Outline of Annual Research Achievements |
角度分解光電子分光データの機械学習で得られた自己エネルギーの顕著なピーク構造が、電子の分数化によって生じることを示し、共鳴非弾性X線散乱の実験を行えば分数化の更なる証拠が得られるという予言を行ない、予言は実験で実証された。数十種類の鉄系超伝導体の第一原理有効ハミルトニアンを導出した。近年発見された銅酸化物類似物質であるニッケル酸化物超伝導体においても、物質予言などを行った。 長年の論争の対象だった量子スピン模型での量子スピン液体の存在の高精度立証に成功し、また分子性結晶の5種類の化合物に対する第一原理的な網羅計算を行い、実験的に示唆されていた量子スピン液体の再現にも成功した。さらにそのスピン液体が1次元と2次元を繋ぐ、dualなスピン液体であることを明らかにした。これらの複数のスピン液体では、どれもスピン励起がギャップレスになりスピノンに分数化することを示した。以上、電子やスピンの分数化が複数立証された。 またイリジウム酸化物 Ca5Ir3O12 の有効ハミルトニアン導出を行い、この物質が中程度電子相関系であること、スピン軌道相互作用とフント結合の競合系であることを示した。 典型準結晶であるペンローズ格子の超伝導秩序変数がフラクタルな実空間構造をもつ新奇超伝導となることを見出した。また磁場下で超伝導秩序変数の符号が空間変調するエキゾチック超伝導状態が現れることを示した。さらに、準周期構造上の電子の分布についても調べ、サイト間相互作用の働きが周期系とは異なり電荷分布を大きく変えることを指摘し、これをハイパーユニフォーミティーという概念で特徴づけた。 ナノサイズのトポロジカル磁気構造である「スキルミオン」の電流駆動ダイナミクスやマイクロ波駆動ダイナミクスをシミュレーションおよび解析理論により明らかにした。その結果、この磁気構造が豊かなエレクトロニクス素子機能を備えていることが分かった。
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Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Field-induced multiple metal-insulator crossovers of correlated Dirac electrons of perovskite CaIrO32022
Author(s)
R. Yamada, J. Fujioka, M. Kawamura, S. Sakai, M. Hirayama, R. Arita, T. Okawa, D. Hashizume, T. Sato, F. Kagawa, R. Kurihara, M. Tokunaga, and Y. Tokura
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Journal Title
npj Quantum Materials
Volume: 7
Pages: 13 (1-6)
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Multipole polaron in the devil's staircase of CeSb2022
Author(s)
Y. Arai, K. Kuroda, T. Nomoto, Z. H. Tin, S. Sakuragi, C. Bareille, S. Akebi, K. Kurokawa, Y. Kinoshita, W.-L. Zhang, S. Shin, M. Tokunaga, H. Kitazawa, Y. Haga, H. S. Suzuki, S. Miyasaka, S. Tajima, K. Iwasa, R. Arita, T. Kondo
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Journal Title
Nat. Mater.
Volume: 21
Pages: 410
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Breaking of Thermopower-Conductivity Trade-Off in LaTiO3 Film around Mott Insulator to Metal Transition2021
Author(s)
T. Katase, X. He, T. Tadano, J. M. Tomczak, T. Onozato, K. Ide, B. Feng, T. Tohei, H. Hiramatsu, H. Ohta, Y. Ikuhara, H. Hosono, and T. Kamiya
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Journal Title
Adv. Sci.
Volume: 2102097
Pages: (1-8)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Giant Effective Damping of Octupole Oscillation in an Antiferromagnetic Weyl Semimetal2021
Author(s)
S. Miwa, S. Iihama, T. Nomoto, T. Tomita, T. Higo, M. Ikhlas, S. Sakamoto, Y. Otani, S. Mizukami, R.Arita, S. Nakatsuji
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Journal Title
Small Science
Volume: 1
Pages: 202000062(1-8)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Large phonon drag thermopower boosted by massive electrons and phonon leaking in LaAlO3/LaNiO3/LaAlO3 heterostructure2021
Author(s)
M. Kimura, X. He, T. Katase, T. Tadano, J. M. Tomczak, M. Minohara, R. Aso, H. Yoshida, K. Ide, S. Ueda, H. Hiramatsu, H. Kumigashira, H. Hosono, and T. Kamiya
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Journal Title
Nano Lett.
Volume: 21
Pages: 9240-9246
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Orbital and magnetic ordering and domain-wall conduction in ferrimagnet La5Mo4O162021
Author(s)
T. Katsufuji, M. Miyake, M. Naka, M. Mochizuki, S. Kogo, T. Kajita, Y. Shimizu, M. Itoh, T. Hasegawa, S. Shimose, S. Noguchi, T. Saiki, T. Sato and F. Kagawa
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Journal Title
Phys. Rev. Res.
Volume: 3
Pages: 13105
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb2020
Author(s)
K. Kuroda, Y. Arai, N. Rezaei, S. Kunisada, S. Sakuragi, M. Alaei, Y. Kinoshita, C. Bareille, R. Noguchi, M. Nakayama, S. Akebi, M. Sakano, K. Kawaguchi, M. Arita, S. Ideta, K. Tanaka, H. Kitazawa, K. Okazaki, M. Tokunaga, Y. Haga, S. Shin, H. S. Suzuki, R. Arita and T. Kondo
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 11
Pages: 2888 (1-9)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electrical manipulation of a topological antiferromagnetic state2020
Author(s)
H. Tsai, T. Higo, K. Kondou, T. Nomoto, A. Sakai, A. Kobayashi, T. Nakano, K. Yakushiji, R. Arita, S. Miwa, Y. Otani and S. Nakatsuji
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Journal Title
Nature
Volume: 580
Pages: 608-613
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Observation of small Fermi pockets protected by clean CuO2 sheets of a high-Tc superconductor2020
Author(s)
S. Kunisada, S. Isono, Y. Kohama, S. Sakai, C. Bareille, S. Sakuragi, R. Noguchi, K. Kurokawa, K. Kuroda, Y. Ishida, S. Adachi, R. Sekine, T. K. Kim, C. Cacho, S. Shin, T. Tohyama, K. Tokiwa, T. Kondo,
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Journal Title
Science
Volume: 369
Pages: 833(1-6)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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