Electronic nematic phase under the breaking of time-reversal, spatial inversion, and gauge symmetries

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Physical Properties of Quantum Liquid Crystals
• Project/Area Number: 22H04468
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 速水 賢 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (20776546)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 電子液晶相 / 電気トロイダル双極子 / フェロアキシャルモーメント / 非線形応答 / ホール効果 / 磁気抵抗効果 / 相転移 / スカラースピンカイラリティ

Outline of Annual Research Achievements

固体中での電子のミクロな自由度を表現する多極子は、多彩な電子秩序相や物性現象を理解する上での基礎的枠組みを与える。本研究の目的は、こうした多極子自由度の概念を電子液晶に拡張し、さらに電子対自由度を表現論に組み込むことで、時間・空間反転およびゲージ対称性の破れた電荷・スピン・電子対液晶相の理論形式をミクロな多極子の立場から構築することである。 本年度は、鏡映対称性の破れた系において発現する電子秩序相であるフェロアキシャル秩序相に対する解析を重点的に行った。フェロアキシャル秩序相の秩序変数は時間反転偶でランク1の軸性ベクトルである電気トロイダル双極子自由度に相当しており、回転および鏡映操作に関するパリティが従来の電子液晶相のものと異なるため、それに起因した物性現象が期待される。その中でもフェロアキシャル秩序下における非線形磁気歪み応答のミクロな機構に関する理論模型の解析を行った。その結果、電気トロイダル双極子モーメントの活性に伴って、磁場の2次に比例する特異な歪み応答が現れることを明らかにした。これらの解析は、あらゆるフェロアキシャル物質の検出に使用できることから、広い物質群に対するさらなる展開が期待される。その他にも、(1) ジグザグ鎖構造のもとで誘起される一様および交替的なフェロアキシャルモーメントの理論、(2) フェロアキシャル秩序系における非従来型ホール効果と磁気抵抗効果の解析、(3) 三角格子上における多重Q双極子-四極子秩序の解析、(4) ジャロシンスキー・守谷相互作用のない磁性体における3副格子磁気スキルミオン結晶相の発現に関する理論提案、(5) 円偏光電場照射により誘起されるスカラースピンカイラリティを伴う磁性体の発現に関する理論提案、 (6) フロッケ理論に基づいた光誘起カイラリティおよび磁気トロイダルモーメントの理論に関する論文出版を行った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Three-sublattice antiferro-type and ferri-type skyrmion crystals in magnets without the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (2024)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Pages: 014415
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.014415
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hybrid skyrmion and antiskyrmion phases in polar C4v systems (2024)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Pages: 054422
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.054422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scalar spin chirality induced by a circularly polarized electric field in a classical kagome magnet (2024)
  • Author(s): Yambe Ryota、Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Pages: 064428
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.064428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of Photo-Induced Chirality and Magnetic Toroidal Moment Based on Floquet Formalism (2024)
  • Author(s): Hayami Satoru、Yambe Ryota、Kusunose Hiroaki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 93 Pages: 043702
  • DOI: 10.7566/JPSJ.93.043702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of In-Plane Magnetic Field on Skyrmions in a Centrosymmetric Triangular-Lattice System with Symmetric Anisotropic Exchange Interaction (2024)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Magnetism Volume: 4 Pages: 54～72
  • DOI: 10.3390/magnetism4010005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microscopic mechanism for intrinsic nonlinear anomalous Hall conductivity in noncollinear antiferromagnetic metals (2023)
  • Author(s): Kirikoshi Akimitsu、Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Pages: 155109
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.155109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anisotropic spin model and multiple-Q states in cubic systems (2023)
  • Author(s): Yambe Ryota、Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Pages: 174408
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.174408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetry-adapted modeling for molecules and crystals (2023)
  • Author(s): Kusunose Hiroaki、Oiwa Rikuto、Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Pages: 195118
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.195118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Field direction dependent skyrmion crystals in noncentrosymmetric cubic magnets: A comparison between the point groups (O,T) and Td (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru、Yambe Ryota
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Pages: 174435
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.174435
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antiferro Skyrmion Crystal Phases in a Synthetic Bilayer Antiferromagnet under an In-Plane Magnetic Field (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 92 Pages: 084702
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.084702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic bubble crystal in tetragonal magnets (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru、Kato Yasuyuki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 024426
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.024426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetry analysis of light-induced magnetic interactions via Floquet engineering (2023)
  • Author(s): Yambe Ryota、Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 064420
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.064420
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unconventional Hall effect and magnetoresistance induced by metallic ferroaxial ordering (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru、Oiwa Rikuto、Kusunose Hiroaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 085124
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.085124
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Checkerboard bubble lattice formed by octuple-period quadruple-Q spin density waves (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 094415
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.094415
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chern insulating state with double-Q ordering wave vectors at the Brillouin zone boundary (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 094416
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.094416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Uniform and staggered electric axial moment in a zigzag chain (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 094106
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.094106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-reversal switching responses in antiferromagnets (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru、Kusunose Hiroaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: L140409
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.L140409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chiral Charge as Hidden Order Parameter in URu2Si2 (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru、Kusunose Hiroaki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 92 Pages: 113704
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.113704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rotational Response Induced by Electric Toroidal Dipole (2023)
  • Author(s): Kirikoshi Akimitsu、Hayami Satoru
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 92 Pages: 123703
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.123703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiple-q Dipole-Quadrupole Instability in Spin-1 Triangular-lattice Systems (2023)
  • Author(s): Hayami Satoru、Hattori Kazumasa
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 92 Pages: 124709
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.124709
  • Peer Reviewed
• [Presentation] フェロアキシャル秩序下における非線形磁気歪み応答 (2024)
  • Author(s): 桐越 研光, 速水 賢
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 円偏光電場によるスキルミオン結晶の安定化とトポロジーの制御 (2024)
  • Author(s): 山家 椋太，速水 賢
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 相関電子系に対する多極子表現論の構築と交差相関応答への適用 (2023)
  • Author(s): 速水 賢
  • Organizer: 第17回シンポジウム「物性科学領域横断研究会」記念講演,
  • Invited
• [Presentation] 対称性適合多極子基底を用いた新規物性開拓:スピン分裂・非相反伝導・フェロアキシャル秩序 (2023)
  • Author(s): 速水 賢
  • Organizer: 金研研究会 強相関物質における創発物性研究の現状と将来展望
  • Invited
• [Presentation] Representation of electronic order parameters breaking spatial inversion, time-reversal or gauge symmetries (2023)
  • Author(s): 速水 賢
  • Organizer: 令和５年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] 電気トロイダル双極子秩序下における磁気不安定性 (2023)
  • Author(s): 印田 朱音, 速水 賢
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] 多極子基底による超伝導ギャップの対称性の分類 (2023)
  • Author(s): 桐越 研光, 速水 賢
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] レーザー誘起磁気相互作用による非共面磁気構造の安定化 (2023)
  • Author(s): 山家 椋太, 速水 賢
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] Symmetry analysis of light-induced magnetic interactions via Floquet engineering (2023)
  • Author(s): R. Yambe and S. Hayami
  • Organizer: Trends in MAGnetism 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Classification of Superconductivity in Multiorbital Systems by Multipoles (2023)
  • Author(s): A. Kirikoshi and S. Hayami
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Third-order transverse magnetic susceptibility under ferro-axial ordering (2023)
  • Author(s): A. Inda and S. Hayami
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Floquet engineering of magnetic interactions: Understanding based on the crystal symmetry lowering (2023)
  • Author(s): R. Yambe and S. Hayami
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://phys.sci.hokudai.ac.jp/~hayami/index.html