2021 Fiscal Year Annual Research Report
Systematic understanding of cross-correlated coupling and quantum transport based on augmented multipoles and exploring for functional materials
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21H01037
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
速水 賢 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (20776546)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 多極子 / 奇パリティ多極子 / 交差相関応答 / 量子伝導 / 非相反マグノン / 磁気トロイダルモーメント / 異常ホール効果 / 磁気点群 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物性物理における多彩な機能物性の発現は、系のマクロな対称性により予測されるが、より高機能・高効率な物質設計へとつなげていくためには、それらの発現に本質的なミクロな電子自由度の役割を理解する必要がある。本研究の目的は、結晶中における電子自由度を統一的に表現できる “拡張多極子”を用いることで、従来の群論による「マクロな対称性⇔物性」の枠組みを超えて「ミクロな電子自由度⇔物性」という電子自由度に立脚した新しい理論形式を構築することである。特に本年度は、対称性の観点から、交差相関応答・量子伝導を特徴づける応答テンソルと多極子の関係性についての研究を重点的に行った。また、磁気トロイダル双極子や磁気四極子などの奇パリティ多極子がもたらす物性現象の解析を行った。以下に本年度に得られた主な研究成果を示す。
(1) 122種類の磁気点群に対する多極子の系統的分類と応答テンソルとの関係性の理解、(2) スピン軌道結合物質Ca5Ir3O12に対する電気トロイダル双極子秩序の提案、(3) 異常ホール効果の微視的役割を担う異方的磁気双極子の定式化、(4) 磁気四極子秩序下におけるスピン-軌道-運動量ロッキングの発見、(5) 空間反転対称性のない磁性絶縁体における非相反マグノンと磁気トロイダル双極子自由度の関係性の理解、(6) 多重Q磁気構造とスピン分裂バンドの関係性の定式化、(7) 反転対称な系における磁気スキルミオン結晶の発現とそれらが示す反対称スピン分裂・電気磁気効果の理解、(8) 反転対称な正方格子スピン模型において発現する高いトポロジカル数をもつ磁気スキルミオン結晶の発見、(9) 局所的な反転対称性の破れに由来して発現する磁気スキルミオン結晶の安定化機構の理解、(10) 非相反マグノンの発現に重要な模型パラメタ抽出方法の定式化。(11) 位相自由度を用いた新しいトポロジカル磁性状態の開拓。
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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
当初の研究計画の通り、対称性の観点から全ての磁気点群に対する多極子自由度と応答テンソルの関係性を網羅的に理解できたため。特に従来はあまり考慮されてこなかった磁気トロイダル多極子や電気トロイダル多極子が交差相関応答や量子伝導にどのように関与するかを群論および微視的な(非)線形応答理論に基づいて明らかにした。また得られた結果をもとにして模型解析を進めることにより、磁気トロイダル双極子自由度と非相反マグノンの関係性、磁気四極子自由度とバンド構造におけるスピン-軌道-運動量ロッキングの関係性、異方的磁気双極子自由度と異常ホール効果の関係性を新しく見出した。それに加えて、それらの発現に重要な微視的な模型パラメタを明らかにできたことも理由の一つである。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、2021年度の研究を引き続き行いつつ、以下の点を推進する予定である。
(1) 磁気トロイダル多極子がもたらす物性の開拓：多極子と応答テンソルの関係性を整理したことにより、磁性体のもとで発現する応答現象が系統的に明らかになりつつある。ここでは磁気トロイダル双極子秩序下における非相反伝導、磁気トロイダル四極子秩序下におけるスピン流生成に着目した理論解析を行うことで、反強磁性体における新しい機能物性を開拓する。
(2) 電気トロイダル双極子がもたらす新規非対角応答現象の開拓：時間・空間反転対称性の破れを伴わない電気トロイダル双極子は、これらの破れを伴う磁気双極子や電気双極子とは異なる自由度であるため、従来の物性現象とは異なる新規現象を示す可能性がある。微視的な模型計算を通じて新しい現象を示すとともに、それらの発現に重要な電子自由度を明らかにする。
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Research Products
(42 results)
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[Presentation] Visualization of Magnetic Structures without Spin Sensitivity in the Skyrmion Magnet GdRu2Si22021
Author(s)
Yuuki Yasui, Christopher Butler, Khanh Nguyen, Satoru Hayami, Takuya Nomoto, Tetsuo Hanaguri, Yukitoshi Motome, Ryotaro Arita, Taka-hisa Arima, Yoshinori Tokura, and Shinichiro Seki
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] Multiple-Q spin textures in tetragonal itinerant magnet GdRu2Si22021
Author(s)
Nguyen D. Khanh, T. Nakajima, S. Hayami, S. Gao, Y. Yamasaki, H. Sagayama, H. Nakao, R. Takagi, Y. Motome, Y. Tokura, T. Arima, S. Seki
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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