2020 Fiscal Year Research-status Report
Study for emergent spin-orbit phenomena based on atomic-scale multipole ordering
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19K03752
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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) |
速水 賢 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20776546)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 拡張多極子 / スピン軌道物性 / 完全基底 / 交差相関応答 / 異常ホール効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体結晶中の多様な電子自由度を多極子の自由度を用いて整理することで、交差相関物性を系統的に理解する試みにおいて、スピン軌道相互作用が弱い極限においても、有効的なスピン軌道相互作用が磁気秩序によって創出されるという可能性が明らかになってきた。本研究では、多極子基底を用いて電子自由度を対称性に基づいて整理し、このような創発スピン軌道物性がどのような条件下で生じ得るか、を明らかにする研究を行っている。今年度は、磁気秩序によって生じる創発スピン軌道相互作用を(i) 共線的磁気秩序、(ii) 非共線磁気秩序の二つのカテゴリーに分けて一般的に議論し、多極子基底分解により創発スピン軌道相互作用の出現条件と、期待される交差相関応答を明らかにした。また、これらの知見を応用して、電子ハミルトニアンを多極子基底をビルディングブロックとして構築する手法を発展させ、スピン軌道物性を示す物質の候補を微視的な視点からデザインする系統的手法を構築した。また、多極子基底の定式化を見直すことで、スピン自由度を含めた完全基底の導出に成功し、任意の電子状態に対する行列要素の一般公式を得た。この完全基底を用いると、固体中の電子自由度はどのようなものであっても対称性に従って多極子分解できるほか、電子間相互作用、交換相互作用、電子格子相互作用などのハミルトニアンをすべて多極子分解することが可能となる。そのため、今後、対称性に基づく微視的な電子自由度の制御を系統的に行うことが可能になると考えられる。この他、有機反強磁性体において、本研究の創発スピン軌道相互作用の考えを用いて、スピン軌道相互作用によらない異常ホール効果の機構を提唱した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
創発スピン軌道物性を探究する過程において、予定していた以上に完全な形で、電子自由度を分解するための完全基底の導出に成功したため、電子ハミルトニアンを基底分解する方法が明確になったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子自由度を表すための完全基底が明らかになったため、これらを用いて対称性に基づいて微視的なハミルトニアンをデザインする一般的な手法を開発する。具体的には、このアルゴリズムにしたがって、ハミルトニアンを構築する計算コードを開発していくと同時に、多極子基底に基づく線形応答および非線形応答の微視的な解析手法を開拓して自動構築した模型を交差相関応答の解析に活かす。また、Mn3Sn、Te、TeSnなどの交差相関応答現象を示す典型物質を解析するための最小模型を自動構築し、実験で示されている交差相関応答を多極子の立場から解明するとともに、同じ模型に基づいて、未知の交差相関応答を予測する。また、多極子完全基底を電子間相互作用や交換相互作用、電子格子相互作用の解析に一般化することで、さらなる創発スピン軌道相互作用の概念の適用範囲を広げていく。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染症の蔓延のために、予定されていた研究打ち合わせや研究集会出席に係る旅費を支出しなかったため。感染症の推移にもよるが、旅費の支出が抑えられる場合は、既存クラスタPCのソフトウェア更新にあて、数値計算処理の効率向上を図る。
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