2020 Fiscal Year Research-status Report
磁性体における新規輸送現象 ―対称性とトポロジーの観点から―
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20K14411
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
赤城 裕 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20739437)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トポロジカル相 / トポロジカル不変量 / 指数定理 / 磁性体 / 輸送現象 / 物性理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子系において提案された結晶の対称性に保護されたトポロジカル結晶絶縁体は、実験的にも観測された。一方、マグノンなどのボゾン系においては電子系トポロジカル相の対応物がいくつか提案されているものの、対称性に保護されたマグノンの表面状態は未だ観測されておらず、理論による候補物質の提案もあまりなされていない。
そこで本年度は、時間反転と空間並進を組み合わせた対称性に保護されたマグノン表面状態を持つ3次元マグノントポロジカル結晶絶縁体の理論的提案を行った。ボゾン系では通常の時間反転対称性はKramers対の存在を保証しないが、時間反転と単位胞の半分の空間並進を組み合わせた対称性の下では波数空間上のある面においてKramers対を生じることに着目することで、上記の相を実現する模型の提案に成功した。空間対称操作のみではなく時間反転操作と組み合わせた“結晶”対称性に由来したトポロジカル相、というのは磁性体ならではの相である。さらに、提案したモデルが磁性体CrI3で実現される可能性があることを明らかにした。また、マグノンは電荷を持たないため通常は電場で駆動することはできないが、この磁性体においては電場によるマグノン流駆動という新規輸送現象が現れることを明らかにした。
本年度はさらに、非可換幾何の手法を用いて、乱れのあるマグノンホール系やZ2マグノントポロジカル系におけるトポロジカル不変量も定義した。トポロジカル相は乱れに強いとされているが、系に乱れがあると波数が定義できないため、相を特徴付けるトポロジカル不変量を定めることは自明ではない。ここでは、ボゾン系における“フェルミ”射影演算子を導入することで上記の手法を拡張した。また、このトポロジカル不変量が実際に乱れに対して頑強であることを、解析的・数値的にも示した。
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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
当初の計画にあったマグノントポロジカル結晶絶縁体とその候補物質の提案だけでなく、トポロジーに関連した新しいトピックについても重要な研究成果（磁性体におけるトポロジカル欠陥のダイナミクスに由来した創発現象など）が得られているため。また、マグノントポロジカル系に関するレビュー論文も上梓したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の順調な研究の進捗状況をふまえて、予定通り2021年度の研究計画を遂行する。また、今年度研究計画に無かった成果を挙げることが出来たため、それらの問題についても深化・発展を図る。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により、宿泊・交通費の出費が当初の予定より大幅に少なくなったため。
使用計画としては、主に研究遂行に必要なPCやクラスタの購入と国内・国際研究会の出張旅費にあてる。
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| Remarks |
https://sites.google.com/site/yutakaakagiacademian/
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