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フラストレーションが生む新奇量子磁性状態と強誘電性

研究課題

研究課題/領域番号 16K05425
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

桃井 勉  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (80292499)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードスピンネマティック / フラストレート磁性体 / 量子相 / 量子液晶 / 強誘電性 / カゴメ格子 / 超固体 / フラストレート磁性 / 熱ホール効果 / ベクトルカイラル状態 / 2層系 / SU(4)対称性 / フラストレーション / トポロジカル相 / カイラル相 / 多体交換相互作用 / 磁性 / スピンネマティック状態 / 誘電性 / 電子スピン共鳴 / 阻視化ダイナミクス / 磁気相図 / 2成分ボーズ気体 / 物性理論 / 誘電体物性 / 物性基礎論
研究成果の概要

(1)隠れた秩序相であるスピンネマティック相における電子スピン共鳴の振る舞いを理論的に調べた。磁気異方性を介しネマティック相固有の2マグノン励起が検出可能であることが分かった。また、スピンネマティック相探査のために、2層系フラストレート磁性体を調べた。スピン2体の相互作用のみからなる模型において零磁場下でのスピンネマティック相の出現とその出現機構を解明した。
(2)様々なフラストレート磁性体を理論的に調べ、多様な磁性相、熱ホール効果及び異常なダイナミクスを明らかにした。
(3)幾何学的フラストレーションのある軌道縮退系においてスピンと軌道自由度の相関効果が誘起する強誘電性を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

新しい量子相であるスピンネマティック相の出現が理論模型において確かめられ、その出現機構が明らかになった。この相が持つ新奇なふるまいの研究が今後さらに進み新たな研究分野が開拓されるであろう。また、この相の実験による検出方法の提案を行ったことにより、近い将来、実験でこの相の存在が検証されることが期待される。この様に理論と実験の双方における研究の進展が期待される。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Universite P. & M. Curie(France)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] TU Wien(Austria)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Universitat Magdeburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Effects of Dzyaloshinskii-Moriya Interactions in Volborthite: Magnetic Orders and Thermal Hall Effect2020

    • 著者名/発表者名
      S. Furukawa, T. Momoi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 3 ページ: 034711-034711

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.034711

    • NAID

      40022185858

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin nematics in frustrated spin-dimer systems with bilayer structure2019

    • 著者名/発表者名
      Hikihara Toshiya、Misawa Takahiro、Momoi Tsutomu
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 21 ページ: 214414-214414

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.214414

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-Wave Theory for the Scalar Chiral Phase in the Multiple-Spin Exchange Model on a Triangular Lattice2019

    • 著者名/発表者名
      Taira Shogo、Yasuda Chitoshi、Momoi Tsutomu、Kubo Kenn
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 1 ページ: 014701-014701

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.014701

    • NAID

      210000135070

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Symmetry protected topological phases in two-orbital SU(4) fermionic atoms2018

    • 著者名/発表者名
      Ueda Hiroshi、Morimoto Takahiro、Momoi Tsutomu
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.045128

    • NAID

      130006710913

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Kinetic frustration induced supersolid in the S=1/2 kagome lattice antiferromagnet in a magnetic field2018

    • 著者名/発表者名
      Plat Xavier、Momoi Tsutomu、Hotta Chisa
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 1

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.014415

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin resonance for the detection of long-range spin nematic order2018

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke C. Furuya and Tsutomu Momoi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 10

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.104411

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exact diagonalization and cluster mean-field study of triangular-lattice XXZ antiferromagnets near saturation2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Yamamoto, Hiroshi Ueda, Ippei Danshita, Giacomo Marmorini, Tsutomu Momoi, and Tokuro Shimokawa
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 1 ページ: 014431-014431

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.014431

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Geometrically frustrated coarsening dynamics in spinor Bose-Fermi mixtures2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thanh Phuc, Tsutomu Momoi, Shunsuke Furukawa, Yuki Kawaguchi, Takeshi Fukuhara, and Masahito Ueda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 95 号: 1 ページ: 013620-013620

    • DOI

      10.1103/physreva.95.013620

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetic behavior of volborthite Cu3V2O7(OH)2(H2O)2 determined by coupled trimers rather than frustrated chains2016

    • 著者名/発表者名
      O. Janson, S. Furukawa, T. Momoi, P. Sindzingre, J. Richter, K. Held
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.037206

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ボルボサイトにおけるDzyaloshinskii-Moriya相互作用の効果II2020

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、桃井 勉
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] フラストレート・スピンダイマー系におけるスピンネマティック秩序状態の多変数変分モンテカルロ法による解析2019

    • 著者名/発表者名
      三澤貴宏、引原俊哉、桃井 勉
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スピンネマティックの物理2019

    • 著者名/発表者名
      桃井 勉
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Supersolid in the kagome antiferromagnet in a magnetic field2018

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Momoi
    • 学会等名
      The 2nd Asia Pacific Workshop on Quantum Magnetism
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Shastry-Sutherland模型物質SrCu2(BO3)2の電子スピン共鳴の選択則と磁場依存性2018

    • 著者名/発表者名
      古谷峻介、桃井 勉
    • 学会等名
      2018年日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Kinetic frustration induced supersolid in the S = 1/2 kagome lattice antiferromagnet in a magnetic field2018

    • 著者名/発表者名
      Xavier Plat, Tsutomu Momoi, Chisa Hotta
    • 学会等名
      Highly frustrated magnetism 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 幾何学的フラストレーションを持つ SU(4) 対称 Mott 絶縁体における電気分極の理論2018

    • 著者名/発表者名
      田中克大、桃井 勉、堀田知佐
    • 学会等名
      2018年日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] カゴメ反強磁性体の磁場中スピン構造 - 超固体 -2018

    • 著者名/発表者名
      桃井 勉、Xavier Plat、堀田知佐
    • 学会等名
      基研研究会 スピン系物理の最前線
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ボルボサイトにおけるDzyaloshinskii-Moriya相互作用の効果2018

    • 著者名/発表者名
      古川俊輔、桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 六体交換まで含めた三角格子多スピン交換模型のスピン波理論による解析2018

    • 著者名/発表者名
      平良翔吾、安田千寿、桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Magnetization plateau and supersolidity in the Heisenberg Kagome model2018

    • 著者名/発表者名
      Xavier Plat、桃井勉、堀田知佐
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 2軌道SU(4)フェルミ原子系に現れる対称性に守られたトポロジカル相2017

    • 著者名/発表者名
      上田宏, 森本高裕, 桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 (大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 多軌道系におけるスピンと電気分極の相関2017

    • 著者名/発表者名
      田中克大, 桃井勉, 堀田知佐
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 (大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 三角格子反強磁性体における希薄マグノンのBose凝縮と磁気秩序2017

    • 著者名/発表者名
      山本大輔, 上田宏, 段下一平, Giacomo Marmorini, 桃井勉, 下川統久朗
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 (大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 電子スピン共鳴によるferroquadrupolar秩序変数の検出の理論2017

    • 著者名/発表者名
      古谷峻介, 桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 (大阪府豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantum phases of triangular-lattice spin-S XXZ antiferromagnets near saturation2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Yamamoto, Hiroshi Ueda, Ippei Danshita, Giacomo Marmorini, Tsutomu Momoi, and Tokuro Shimokawa
    • 学会等名
      International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin nematics in frustrated magnets and their electron spin resonance2017

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Momoi
    • 学会等名
      Junjiro Kanamori Memorial International Symposium - New Horizon of Magnetism -
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 強磁性ダイマーからなる2次元フラストレート量子スピン系におけるスピンネマティック秩序状態2017

    • 著者名/発表者名
      引原俊哉、桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 次々近接相互作用まで含めた多スピン交換模型における四面体構造の安定性2017

    • 著者名/発表者名
      平良翔吾、安田千寿、桃井勉
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] スピンネマティク相の出現とマグノン対励起2017

    • 著者名/発表者名
      桃井勉
    • 学会等名
      強磁場フォーラム主催研究会「強磁場コラボラトリーが拓く未踏計測領域への挑戦と物質・材料科学の最先端」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Frustrated Spin Dynamics in Spinor Bose-Fermi Mixtures2016

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thanh Phuc, Tsutomu Momoi, Shunsuke Furukawa, Yuki Kawaguchi, Takeshi Fukuhara, Masahito Ueda
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学 (石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Modeling Volborthite with Coupled Magnetic Trimers2016

    • 著者名/発表者名
      T. Momoi, O. Janson, S. Furukawa, P. Sindzingre, J. Richter, K. Held
    • 学会等名
      8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism (HFM2016)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2016-09-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On the 0-π transition of coplanar states in quantum triangular XXZ antiferromagnets near saturation2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Yamamoto, Hiroshi Ueda, Ippei Danshita, Giacomo Marmorini, Tsutomu Momoi, Tokuro Shimokawa
    • 学会等名
      8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism (HFM2016)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2016-09-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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