2021 Fiscal Year Research-status Report
Study for emergent spin-orbit phenomena based on atomic-scale multipole ordering
| Project/Area Number |
19K03752
|
|---|
| Research Institution | Meiji University |
|---|
Principal Investigator |
楠瀬 博明 明治大学, 理工学部, 専任教授 (00292201)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 拡張多極子 / スピン軌道物性 / 完全基底 / 交差相関応答 / 機械学習 |
|---|
| 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、電子系のハミルトニアンを多極子基底で展開する一般的手法を開発した。また、線形及び非線形応答において、その発現に必須のモデルパラメータを系統的に特定する手法を開発し、多極子基底で表したハミルトニアンと併用して、各種物性応答の微視的起源を明らかにする一般的な処方箋を与えた。これらは既に論文として出版と投稿を済ませており、前者はJPSJのEditors' Choiceに選ばれている。
これら一連の成果により、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方法論が確立し、スピン軌道物性を示す物質の微視的な視点からの系統的な解析と予測が可能になった。一連の方法をカイラル物質の典型であるTeに適用して、カイラリティを支配するミクロな電子自由度を特定して、その解析から、電場と格子回転のような極性と軸性を変換する応答現象を見出した。カイラル物質に一般的に存在する電子自由度と外場との結合様式の解析から、カイラリティの右手系、左手系を作り分けるための実験手法を提案した。これらの内容は論文として投稿しており、作り分けの提案については特許を出願している。
以上のように、多極子完全基底を用いた方法は固体中の自由度を対称性に従って系統的に分類できるため、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に対しても適用でき、物性開拓をすすめる上で新しい方法論を提供すると期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
電子自由度を完全基底で表す一般的な計算コードのプロトタイプが完成したほか、第一原理計算で得られた電子状態（エネルギーバンド）を機械学習的手法を援用してフィッティングすることで、得られた模型のモデルパラメータを決定することに成功している。本研究で新たに生まれた完全基底の方法を、電子系にとどまらず分子や量子クラスター、メタマテリアルなど幅広い分野へ適応する方策が整った点は、当初の計画を上回る進展である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
電気トロイダル単極子が中心的役割を果たすカイラル物質に対して、完全基底の方法を適用した結果、電子自由度（特にスピン）と格子自由度の結びつきの重要性が明らかになってきた。そこで、電子系に適用してきた完全基底の方法を格子系や電子格子相互作用へ適用できるように一般化し、電子・格子の結合に由来する新しい交差相関応答の物理を開拓する。
|
| Causes of Carryover |
コロナ感染症の蔓延により、当初計画で参加を予定していた国際集会や研究打ち合わせを実施できなくなったため。
|
