2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20H00122
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
求 幸年 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40323274)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 毅 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (00514051)
那須 譲治 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40610639)
加藤 康之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50708534)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 磁性 / 強相関電子系 / 物性理論 / 計算物理 / トポロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、研究計画に沿って研究を推進し、以下の研究成果を得た。(1) キタエフ量子スピン液体に現れるスピンの分数励起に対する局所的な格子歪みの効果を、候補物質α-RuCl3を念頭に置いた第一原理計算とモデル計算により解明し、磁場中で磁気秩序が消失した量子スピン液体領域において、フラックスを生成し制御することが可能であることを実証した。 (2) キタエフ量子スピン液体を実現する新しい舞台となりうる新物質として、イリジウムイルメナイトAIrO3 (A=Mg, Zn)に対する第一原理計算を用いた研究を行い、有効磁気相互作用を見積もることで、これらの物質においてキタエフ型相互作用が強く現れることを示した。(3) 拡張キタエフ模型において、磁場角度を変えたときの熱ホール伝導度の変化を調べ、それがゼロになる磁場角度がΓ相互作用と呼ばれる非対角対称磁気相互作用に敏感であることを見いだした。(4) 実験グループとの共同研究として、α-RuCl3に対する熱ホール効果の半整数量子化現象に関して、詳細な磁場角度依存性の測定を通じて、この現象がマヨラナ粒子のトポロジカルな性質に由来することを示した。
これらに加えて、当初計画になかった内容として、以下の研究成果を得た。(5) 量子スピン系の熱力学的な性質を調べる数値計算手法として、Lefschetz thimble法に基づいた量子モンテカルロ法を開発し、磁場中のキタエフ模型に対してその適用範囲を詳細に調べた。(6) 機械学習を用いた量子多体系の基底状態計算法として、行列式を用いない新しい枠組みを構築した。(7) 前項に関連して、行列式を組み合わせた畳み込み型ニューラルネットワークによる計算手法も開発した。(8) テンソル繰り込み群法のアルゴリズムの改良を行なった。いずれも、キタエフ模型を含む広範な量子スピン模型に適用可能な汎用性の広い数値計算手法である。
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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
計画していた研究内容について着実に研究成果が得られただけでなく、当初計画していなかった内容として、キタエフ模型を含む広い範囲の量子スピン模型に適用可能な理論計算手法の開発について新しい成果を4つ得ることができたため。また、これらの成果について、学術論文を発表するだけでなく、国内外の学会や研究会等で精力的な成果発表を行い、そこでの参加者との積極的な議論を通じて、さらに新しい研究展開にもつながっているため。4月から、特任研究員を1名雇用し、新しい計算手法として汎函数繰り込み群法を用いたさまざまな研究にも着手しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画に沿って着実に研究を遂行する。加えて、今年度得られた新しい研究成果を踏まえ、当初計画に関連したトピックにも興味を広げて、磁性体に現れる新奇な準粒子励起の創出や制御に関する研究を推進する。実験グループとの共同研究も一層緊密に行う。
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[Journal Article] Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material ホア-RuCl32021
Author(s)
T. Yokoi, S. Ma, Y. Kasahara, S. Kasahara, T. Shibauchi, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, C. Hickey, S. Trebst, and Y. Matsuda
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Journal Title
Science
Volume: 373
Pages: 568-572
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect and topological Chern number in the Kitaev material α-RuCl32022
Author(s)
Y. Kasahara, T. Yokoi, S. Ma, S. Kasahara, T. Shibauchi, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, C. Hickey, S. Trebst, and Y. Matsuda
Organizer
APS March Meeting 2022
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Field-induced first-order topological phase transition in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl32022
Author(s)
S. Suetsugu, U. Yuzuki, M. Shimomura, Y. Kasahara, H. Murayama, T. Asaba, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Nasu, Y. Motome, and Y. Matsuda
Organizer
APS March Meeting 2022
Int'l Joint Research
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[Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場誘起トポロジカル相転移2022
Author(s)
神村真志, 下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 浅場智也, 笠原裕一, 栗田伸之, 田中秀数, 芝内孝禎, 那須譲治, 求 幸年, 松田祐司
Organizer
日本物理学会第77回年次大会
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