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First-principles study of electronic structure topology and macroscopic phenomena in antiferromagnets

Publicly Offered Research

Project AreaFrontiers of materials science spun from topology
Project/Area Number 18H04230
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

鈴木 通人  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords第一原理計算 / 磁性 / 異常ホール効果 / トポロジー / 反強磁性 / 対称性 / 反強磁性体
Outline of Annual Research Achievements

当該年度の研究では、磁気空間対称性がトポロジー構造とマクロ物性に及ぼす影響と波数空間におけるベリー曲率・ワイル点の分布とマクロ物性の相関関係を明らかにするため、研究代表者らが提案した磁気構造の多極子展開手法と第一原理計算手法を組み合わせ、反強磁性体の網羅的な計算・解析による研究を実施している。その一環として、アンチペロブスカイトマンガン窒化物の安定磁気構造の評価を行い、これらの物質で異常ホール効果を引き起こす反強磁性構造が安定・準安定な状態として存在することを示した上で、反強磁性秩序による異常ホール効果の系統的な解析を実施している。
この研究では、異常ホール伝導度がベリー曲率の占有バンドの和と波数空間の積分によって求められる点に着目し、異常ホール効果を起こす反強磁性秩序状態に対して波数空間のベリー曲率の解析から、異常ホール伝導度の大きさと相関を示すバンド構造特性の解析に取り組んでいる。この解析をもとに、これらの安定・準安定な磁気秩序相で異常ホール伝導度の大小を決定づけているのが、ワイル点近傍の発散的に大きなベリー曲率ではなく、フェルミ準位近傍に広がった比較的小さなベリー曲率の分布であることなど、磁性金属における異常ホール伝導度の増強要因について多くの知見を得ることができた。これらの研究成果は学術論文としてまとめられ、Physical Review B誌に出版されている(Huyen, Suzuki et al., Phys. Rev. B 100, 094426(2019))。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Multipole expansion for magnetic structures: A generation scheme for a symmetry-adapted orthonormal basis set in the crystallographic point group2019

    • Author(s)
      Suzuki M.-T.、Nomoto T.、Arita R.、Yanagi Y.、Hayami S.、Kusunose H.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 99 Issue: 17 Pages: 174407-174407

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.174407

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Topology analysis for anomalous Hall effect in the noncollinear antiferromagnetic states of Mn3AN (A = Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, In, Sn, Ir, Pt)2019

    • Author(s)
      Huyen Vu Thi Ngoc、Suzuki Michi-To、Yamauchi Kunihiko、Oguchi Tamio
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Issue: 9

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.094426

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] First-principles prediction of magnetic structures in crystal2019

    • Author(s)
      Michi-To Suzuki, Yuki Yanagi
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Order parameter and Topological features for Large Anomalous Hall Effect2019

    • Author(s)
      M.-T. Suzuki, V. T. N. Huyen, K. Yamauchi, T. Oguchi, T. Nomoto, R. Arita, Y. Yanagi, S. Hayami, H. Kusunose
    • Organizer
      International Conference on Topological Materials Science 2019 (Topomat2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multipole expansion for magnetic structures and its application to the study of anomalous Hall effect in antiferromagnets2019

    • Author(s)
      Michi-To Suzuki, Takuya Nomoto, Ryotaro Arita, Yuki Yanagi, Satoru Hayami, Hiroaki Kusunose, Vu Thi Ngoc Huyen, Kunihiko Yamauchi, Tamio Oguchi
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による物質設計2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      さきがけ研究領域「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」第9回領域会議
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁気構造に対する多極子展開と物性現象の研究2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      ハイパーマテリアル新学術キックオフミーティング
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理計算によるアンチペロブスカイトMn化合物の反強磁性秩序相における異常ホール効果の研究2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      第11回トポロジー連携研究会「トポロジカル半金属」
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁気構造の多極子展開とその応用2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      J-Physics 地域研究会 仙台 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 反強磁性体の磁気対称性・トポロジーと異常ホール効果2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      第11回凝縮系理論勉強会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 反強磁性体の異常ホール効果の系統的研究2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      TMS新学術領域 第4回領域研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理データベースと機械学習によるトポロジカル磁性体の探索と物性予測2018

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      第4回東北大学若手研究者アンサンブル研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による物質設計2018

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      さきがけ研究領域 「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」第7回領域会議
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] クラスター多極子理論のトポロジー・マクロ物性研究への応用2018

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Topology and multipole inducing intrinsic anomalous Hall effect in antiferromagnets2018

    • Author(s)
      Michi-To Suzuki
    • Organizer
      Second TMS-PKU allianace workshop
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 多極子理論とデータ科学の融合による物質設計2018

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      さきがけ研究領域「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した 先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」平成30年度 第6回領域会議
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理計算による反響磁性体の電子構造トポロジーとマクロ物性の研究2018

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Organizer
      新学術領域「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」 公募研究キックオフミーティング
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Book] マテリアルズ・インフォマティクスに使用される計算科学と材料設計 マテリアルズ・インフォマティクスによる材料開発と活用集 ーデータベースの構築、記述子の設計法、モデル作成 ー2019

    • Author(s)
      鈴木通人
    • Total Pages
      463
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861047329
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      https://www.sc.imr.tohoku.ac.jp/researcher/suzuki/index.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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