直接バンド観察で開拓する新奇強相関トポロジカル量子相

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Frontiers of materials science spun from topology
• Project/Area Number: 16H00979
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 近藤 猛 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 光電子分光 / トポロジカル物性 / 強相関 / 電子構造

Outline of Annual Research Achievements

強い電子相関と強いスピン軌道相互作用の両者を兼ね備えた電子系は未開拓であり、新奇なトポロジカル量子相が理論予想されることからも、次なるフロンティアとして注目されている。昨今次々と報告される弱相関なトポロジカル量子相に関する実験結果は、理論予想を忠実に再現するものがほとんどで、理論先攻型の研究テーマと言える。対象的に、強相関を舞台とするトポロジカル状態は、第一原理計算でも再現しきれない新奇量子相が発現する可能性を秘めている。本研究では、極限光電子分光(極限レーザーを用いた高分解能な角度-スピン-時間分解光電子分光)を駆使する直接バンド観察を通じて、理論研究を駆り立てる実験先攻型の研究を目指すことを目的とした。パイロクロア型イリジウム酸化物(Ln2Ir2O7; Ln=ランタノイド)では、「強相関トポロジカル絶縁体」や「ワイル半金属」の発現が期待される。我々は、これら量子相への母体電子構造となるフェルミノード状態(放物形状の伝導帯と価電子帯がフェルミ準位一点でのみ接する)を、Pr2Ir2O7試料を用いて実証した。また、時間反転が破れるNd2Ir2O7のall-in all-out 反強磁性相で、スレーター型からモット型の絶縁体へと冷却と共にクロスオーバーする現象を見出した。また我々は、室温でも巨大な異常ホール効果を示すことから、次世代の磁気メモリ材料として大きく期待されるマンガン化合物Mn3Snのトポロジカル量子状態の解明を目指した。世界初となる時間反転対称性の破れに起因するワイル粒子を反強磁性体金属のMn3Snで我々は実証した。物性科学で現在最も急速な進展を見せるトポロジカル物性分野において、磁性ワイル粒子は長らくその検出が待ち望まれていた固体内素励起であり、それを成功させた本研究が領域内外に与えるインパクトは大きいものと考えている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] プレンストン大学/ブルックヘブン国立研究所/ライス大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: プレンストン大学/ブルックヘブン国立研究所/ライス大学
• [Int'l Joint Research] 南京大学/中国科学院(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 南京大学/中国科学院
• [Int'l Joint Research] ダイアモンド放射光施設(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: ダイアモンド放射光施設
• [Journal Article] Observation of topological superconductivity on the surface of an iron-based superconductor (2018)
  • Author(s): Zhang Peng、Yaji Koichiro、Hashimoto Takahiro、Ota Yuichi、Kondo Takeshi、Okazaki Kozo、Wang Zhijun、Wen Jinsheng、Gu G. D.、Ding Hong、Shin Shik
  • Journal Title: Science Volume: 360 Pages: 182～186
  • DOI: 10.1126/science.aan4596
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental Determination of the Topological Phase Diagram in Cerium Monopnictides (2018)
  • Author(s): Kuroda Kenta、Ochi M.、Suzuki H.?S.、Hirayama M.、Nakayama M.、Noguchi R.、Bareille C.、Akebi S.、Kunisada S.、Muro T.、Watson M.?D.、Kitazawa H.、Haga Y.、Kim T.?K.、Hoesch M.、Shin S.、Arita R.、Kondo Takeshi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 120 Pages: 086402 (1-6)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.086402
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kondo hybridization and quantum criticality in β?YbAlB4 by laser ARPES (2018)
  • Author(s): Bareille C?dric、Suzuki Shintaro、Nakayama Mitsuhiro、Kuroda Kenta、Nevidomskyy Andriy H.、Matsumoto Yosuke、Nakatsuji Satoru、Kondo Takeshi、Shin Shik
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Pages: 045112 (1-7)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.045112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualizing the evolution of surface localization in the topological state of Bi2Se3 by circular dichroism in laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy (2017)
  • Author(s): Kondo Takeshi、Nakashima Y.、Ishida Y.、Kikkawa A.、Taguchi Y.、Tokura Y.、Shin S.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Pages: 241413(R) (1-5)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.241413
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Bogoliubov Band Hybridization in the Optimally Doped Trilayer Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ (2017)
  • Author(s): Kunisada So、Adachi Shintaro、Sakai Shiro、Sasaki Nae、Nakayama Mitsuhiro、Akebi Shuntaro、Kuroda Kenta、Sasagawa Takao、Watanabe Takao、Shin Shik、Kondo Takeshi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 119 Pages: 217001 (1-5)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.217001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] レーザー光電子分光で観測する弱いトポロジカル絶縁体β-Bi4I4の側面表面状態 (2018)
  • Author(s): 野口亮, 高橋敬成, 黒田健太, 越智正之, 白澤徹郎, C. Bareille, 坂野昌人, 中山充大, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 岩澤英明, M. Watson, P. Dudin, T. Kim, M. Hoesch, 辛埴, 有田亮太郎, 笹川崇男, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 偏光可変レーザーを用いたスピン分解ARPES で見るTlBiSe2 表面状態のスピン軌道テクスチャー (2018)
  • Author(s): 松丸大樹, 黒田健太, 野口亮, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 中山充大, Binghai Yan, 木村昭夫, 出田真一郎, 田中清尚, 近藤猛, 小森文夫, 辛埴
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] レーザーARPESで精密観測するBa2Ca4Cu5O10(F,O)2の超伝導状態 (2018)
  • Author(s): 國定聡, 小濱芳允, 磯野隼佑, 足立伸太郎, C Bareille, 関根遼太郎, 黒田健太, 常盤和靖, 辛埴, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 反強磁性秩序をもつ多層ディラック電子系EuMnBi2の電子構造の研究 (2018)
  • Author(s): 深田和宏, 増田英俊, 坂野昌人, 黒田健太, 原沢あゆみ, 矢治光一郎, 近藤猛, 辛埴, 酒井英明, 石渡晋太郎, 石坂香子
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] トポロジカル超伝導体SrxBi2Se3のレーザー角度分解光電子分光による電子構造の測定 (2018)
  • Author(s): 都築章宏, 大田由一, 橋本嵩広, 長島椿, 橘和宗, 竹田駿, 渡部俊太郎, C. T. Chen, 近藤猛, 笹川崇男, 岡崎浩三, 辛埴
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Evidence for magnetic Weyl fermions in a correlated metal (2018)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: APCTP-KIAS Quantum Materials Symposium 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Evidence for magnetic Weyl fermions in a correlated metal (2018)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop "Topological magnets and topological superconductors"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 角度分解光電子分光による ルテニウム酸化物の軌道選択的金属絶縁体転移の観測 (2017)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: PF研究会「次世代光源で拓かれる光電子分光研究の将来展望」
  • Invited
• [Presentation] 偏光依存スピン分解ARPESで見るスピン軌道結合：トポロジカル絶縁体Bi2Se3とTlBiSe2 (2017)
  • Author(s): 松丸大樹, 黒田健太, 野口亮, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 木村昭夫A, 近藤猛, 小森文夫, 辛埴
  • Organizer: 日本物理学会 2017年 秋季大会
• [Presentation] 角度分解光電子分光によるルテニウム酸化物の軌道選択的金属絶縁体転移の観測 (2017)
  • Author(s): 中山充大, 近藤猛, 吉田良行, 國定聡, 野口亮, Bareille Cedric, 黒田健太, 辛埴
  • Organizer: 日本物理学会 2017年 秋季大会