Exploration of novel topological electric phenomena in frustrated magnets

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13871
• 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): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 強相関電子系 / 磁性 / トポロジカル電子系

Outline of Final Research Achievements

I have investigated topological electronic properties in frustrated pyrochlore oxides.
In the pyrochlore iridium oxide Pr2Ir2O7, I found spin-ice-like magnetic order and giant anomalous Hall effect. I also found a giant thermoelectric response in (Nd,Pr)2Ir2O7 in the vicinity of the metal-insulator transition. We discuss the relationship between the observed transport properties and the possible emergence of topological semimetallic states.
We succeeded in growing single crystals of Ca-doped pyrochlore molybdenum oxide Tb2Mo2O7. A filling-controlled metal-insulator transition was observed and the geometric Hall effect in the paramagnetic metallic state was investigated.

Free Research Field

固体物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題では、磁性とトポロジカル電子の結合がもたらす新しい物性の開拓を目指した。本課題によって下記が期待される；(i)量子技術への応用が期待されているスピンアイス状態が遍歴系で実現することから、新しいメカニズムによる実現温度の向上や候補物質の拡大が見込まれる；(ii)外場によるトポロジカル電子状態・巨大熱電応答制御により、エナジーハーヴェスティングに有望な物質設計指針を示された；(iii)常磁性体での幾何学的ホール効果を発見したことから、ナノスケールのスピンによる創発電磁気学の学理構築への貢献が期待される。