Investigation on topological quantum phenomena in strongly correlated electron system

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14647
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ueda Kentaro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40835336)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 強相関電子系 / スピン軌道相互作用 / 金属絶縁体転移 / 磁気輸送現象

Outline of Final Research Achievements

In this project, we focused on 4d/5d transition metal oxides with large spin-orbit coupling to explore strongly correlated topological quantum properties and functions. In pyrochlore iridates, the possible emergence of magnetic Weyl semimetals has been theoretically discussed. Recently, it has been known that various topological electronic phases appear depending on the magnetic structure, but they were limited to a relatively small region of electron correlation. In this research project, we found that by changing the electron occupancy or band filling, paramagnetic metallic phases with topologically non-trivial band structures can be realized even in the strongly correlated region. Furthermore, we found out that the rare-earth magnetic moments give rise to characteristic magnetotransport properties reflecting the band topology.

Free Research Field

固体物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題で達成したのは、新しいトポロジカル電子相の発見と磁気輸送特性の評価である。トポロジカル電子状態とその機能の開拓は、非散逸流に代表されるように、基礎科学的にも応用の観点からも喫緊の課題である。研究代表者は、電子相関が本質的な役割を果たす酸化物において、化学圧力や外部磁場によって物理パラメータを精密に制御することで、金属絶縁体転移が生じることを突き止めた。さらに、相転移近傍において、ベリー曲率に起因した巨大なホール効果が生じることを見出した。以上の結果は、電子バンドのトポロジカルな性質が、外場で制御できる可能性を示唆しており、従来のトポロジカル物性とは一線を画す結果となった。