2022 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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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 / 非相反伝導 / 磁気トロイダルモーメント / フェロアキシャルモーメント / 非線形スピンホール効果 |
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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。本年度においては、新しい多極子自由度である電気トロイダル多極子や磁気トロイダル多極子を伴う秩序状態の発現によって現れる交差相関応答および量子伝導に関する知見を得ることを目指した。具体的な研究成果を以下に示す。
(1) 磁気トロイダル双極子秩序下における非線形・非相反伝導の理論、(2) 磁気トロイダル四極子を伴う反強磁性体におけるスピン流生成機構の発見、(3) 電気トロイダル双極子秩序下における反対称熱分極の理論、(4) PT対称な反強磁性体における非線形スピンホール効果の定式化、(5) スピン軌道相互作用に頼らない非相反伝導機構の発見、(6) 多極子秩序候補物質CeCoSiに対する平均場計算を用いた有限温度-磁場相図の作成、(7) フェロアキシャルモーメントと磁気渦の関係性の理解、(8) 電気トロイダル双極子秩序下におけるスピン流生成、(9) 磁気トロイダル双極子秩序を示す候補物質Ce3TiBi5に対する模型計算、(10) 電気トロイダル双極子秩序を示す候補物質であるCa5Ir3O12に対する模型計算、(11) 電気トロイダル双極子秩序下における非線形磁化率の定式化と解析、(12) らせん対称性を有する格子模型における磁気スキルミオン結晶の安定化機構の発見、(13) 強磁性-反強磁性接合を利用した磁気スキルミオン結晶の発現に関する理論提案。
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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
幅広い磁気点群に対して、多極子秩序と交差相関応答および量子伝導の関係性を明らかにし、様々な新規現象を見出したため。特に、従来のスピン軌道相互作用に頼らない非相反伝導機構やPT対称性をもつ反強磁性体における非線形スピン流生成など、申請当時には予期していなかった物性現象を明らかにできた。また、CeCoSiやCa5Ir3O12、Ce3TiBi5など種々の物質群に対する理論解析を行い、トロイダル多極子秩序との関連性を示したことも理由の一つである。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、これまで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) 磁気トロイダル単極子秩序が示す新規交差相関応答現象：これまでの研究において、4つの多極子(電気多極子、磁気多極子、磁気トロイダル多極子、電気トロイダル多極子)が存在することが明らかになっている。その中でも空間異方性のない単極子においては、電荷を表現する電気単極子、スピンの湧き出し構造を表現する磁気単極子、カイラリティを表現する電気トロイダル単極子のように、電子自由度と単極子の関係性が明らかにされているが、残りの磁気トロイダル単極子に対応する電子自由度は未解明なままである。そこで群論および模型解析を通じて、磁気トロイダル単極子と電子自由度との関連性およびその秩序状態がもたらす諸物性を明らかにする。
(2) 電気トロイダル双極子秩序下における磁気不安定性：フェロアキシャルモーメントを伴う電気トロイダル双極子秩序を対象とし、これらが低温においてどのような磁気不安定性を示すかを模型解析を通じて調べる。特に、スピン空間における磁気異方性や高次の磁気多極子の発現可能性について詳細に調べる。
(3) 多極子と超伝導の対応関係の理解：拡張された多極子基底を超伝導空間に適用することで、超伝導秩序変数と多極子の対応関係を明らかにする。また、電子の内部自由度の多様性に起因して、多様な超伝導状態が現れることを示す。
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Research Products
(48 results)
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[Presentation] Multi-step topological phase transitions among meron/antimeron and skyrmion crystals in a centrosymmetric magnet2023
Author(s)
H. Yoshimochi, R. Takagi, J. Ju, N. D. Khanh, H. Saito, H. Sagayama, H. Nakao, S. Itoh, Y. Tokura, T.-h. Arima, S. Hayami, T. Nakajima, and S. Seki
Organizer
APS March Meeting 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] 複数のスキルミオン相を生じる空間反転対称な正方晶物質GdRu2(Si1-xGex)2における磁気相図の全貌の解明2022
Author(s)
吉持遥人, 高木里奈, 周芝苑, 速水賢, Nguyen Duy Khanh, Seno Aji, 齋藤開, Deepak Singh, Priya Baral, Leonie Spitz, Victor Ukleev, Jonathan White, Sonia Francoual, Jose R. L. Mardegan, 佐賀山基, 中尾裕則, 有馬孝尚, 十倉好紀, 中島多朗, 関真一郎
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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[Presentation] 新規トロイダル金属HoAgGeの非線形横伝導率測定2022
Author(s)
宮本大輝, 高尾祥平, 多田勝哉, 小路山竜平, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 八城美愛, 速水賢, 大貫惇睦, 青木大
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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