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空間群の対称性や電子数に基づいたトポロジカル半金属や量子スピン液体の一般的理解

研究課題

研究課題/領域番号 17K17678
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 数理物理・物性基礎
物性Ⅱ
研究機関東京大学

研究代表者

渡辺 悠樹  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20785323)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードトポロジカル物性 / 物性理論 / 物性基礎論 / トポロジカル相 / トポロジカル絶縁体 / 量子多体系
研究成果の概要

本研究課題の目標は「相互作用する量子多体系の性質を空間群などの系の対称性や電子のフィリングなどの情報に基づいて、非摂動的に予言する一般論を発展させること」「その結果を物質探索に応用すること」であった。
この研究目標を達成するべく研究を進め、実際に「トポロジカル絶縁体や半金属に対する対称性指標の理論構築」を始めとし、その「磁性物質や超伝導体への拡張」、「高次トポロジカル絶縁体との関連の研究」、そして「フラジャイルトポロジーをもつ新しい絶縁体の理論提案」など複数の重要な成果を発表することができた。これらの成果についてはそれぞれプレスリリースによる広報活動も行った。研究目標は十分に達成できたと考える。

研究成果の学術的意義や社会的意義

結晶の持つ対称性や物質に含まれている電子数という容易に測定可能な情報に基づいて、その物質が持つトポロジカルな性質を部分的に制限する研究を行った。工学的応用が期待される各種トポロジカル物質(トポロジカル絶縁体、半金属、磁性物質、超伝導体)の物質候補探索への応用が期待できる。またこの方法論についても日本語の雑誌に解説記事を執筆したり、研究成果を積極的にプレスリリースするなどの広報活動も努めた。

報告書

(4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
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 7件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 12件、 招待講演 12件)

  • [国際共同研究] MIT(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ハーバード大学/カリフォルニア大学サンタバーバラ校(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院物理学研究所(中国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Proof of the Absence of Long-Range Temporal Orders in Gibbs States2020

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Haruki、Oshikawa Masaki、Koma Tohru
    • 雑誌名

      Journal of Statistical Physics

      巻: 178 号: 4 ページ: 926-935

    • DOI

      10.1007/s10955-019-02471-5

    • 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] Refined symmetry indicators for topological superconductors in all space groups2020

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Ono, Hoi Chun Po, Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      Science Advances (in press)

      巻: 00 ページ: 00-00

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometric orbital magnetization in adiabatic processes2019

    • 著者名/発表者名
      Trifunovic Luka、Ono Seishiro、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 5 ページ: 054408-054408

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.054408

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Difficulties in operator-based formulation of the bulk quadrupole moment2019

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro、Trifunovic Luka、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 24 ページ: 245133-245133

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.245133

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Symmetry indicators for topological superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro、Yanase Youichi、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 1 号: 1 ページ: 013012-013012

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.1.013012

    • NAID

      130008146223

    • 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] Many-Body Chern Number without Integration2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Kudo, Haruki Watanabe, Toshikaze Kariyado, and Yasuhiro Hatsugai
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 122 号: 14 ページ: 146601-146601

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.146601

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fragile topological phases in interacting systems2019

    • 著者名/発表者名
      Else Dominic V.、Po Hoi Chun、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 12 ページ: 125122-125122

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.125122

    • 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] Inequivalent Berry Phases for the Bulk Polarization2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Haruki、Oshikawa Masaki
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 8 号: 2 ページ: 021065-021065

    • DOI

      10.1103/physrevx.8.021065

    • NAID

      130007736149

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Symmetry Indicators and Anomalous Surface States of Topological Crystalline Insulators2018

    • 著者名/発表者名
      Khalaf Eslam、Po Hoi Chun、Vishwanath Ashvin、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 8 号: 3 ページ: 031070-031070

    • DOI

      10.1103/physrevx.8.031070

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fragile Topology and Wannier Obstructions2018

    • 著者名/発表者名
      Po Hoi Chun、Watanabe Haruki、Vishwanath Ashvin
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 121 号: 12 ページ: 126402-126402

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.126402

    • 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] Structure and topology of band structures in the 1651 magnetic space groups2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Haruki、Po Hoi Chun、Vishwanath Ashvin
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 4 号: 8

    • DOI

      10.1126/sciadv.aat8685

    • 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] Connecting higher-order topological insulators to lower-dimensional topological insulators2018

    • 著者名/発表者名
      Matsugatani Akishi、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 20 ページ: 205129-205129

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.205129

    • NAID

      130007737157

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Space Group Theory of Photonic Bands2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Haruki、Lu Ling
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 121 号: 26 ページ: 263903-263903

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.263903

    • 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] Unified understanding of symmetry indicators for all internal symmetry classes2018

    • 著者名/発表者名
      Ono Seishiro、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 11 ページ: 115150-115150

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.115150

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Universal Relation among the Many-Body Chern Number, Rotation Symmetry, and Filling2018

    • 著者名/発表者名
      Akishi Matsugatani, Yuri Ishiguro, Ken Shiozaki, and Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.096601

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Lieb-Schultz-Mattis-type filling constraints in the 1651 Magnetic Space Groups2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Symmetry-based indicators of band topology in the 230 space groups2017

    • 著者名/発表者名
      Po Hoi Chun、Vishwanath Ashvin、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00133-2

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Lattice Homotopy Constraints on Phases of Quantum Magnets2017

    • 著者名/発表者名
      Hoi Chun Po, Haruki Watanabe, Chao-Ming Jian, and Michael P. Zaletel
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.127202

    • NAID

      130007508711

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Symmetry indicators for topological superconductors.2019

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      Novel Phases of Quantum Matter
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry indicators for topological superconductors.2019

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      The Future of Topological Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry indicators for topological superconductors.2019

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      SPICE workshop: Young Research Leaders Group Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry indicators for topological superconductors.2019

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      The 2nd Workshop on Spin-orbit Coupled Topological States
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Symmetry indicators of band topology I,II,III.2019

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      Theoretical studies of topological phases of matter
    • 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] Symmetry-Based Indicator and Fragile Topology with/without Interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Recent Developments in Chiral Matter and Topology
    • 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] Symmetry-Based Indicator and Fragile Topology with/without Interactions2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      Topological Phases and Excitations of Quantum Matter
    • 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] Symmetry-based Indicators for higher-order topological insulators2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      Topological Phases with Higher-Order Boundary States
    • 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] Many-body polarization and Thouless pump via twisted boundary condition2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      Topological Phases of Matter: from the Quantum Hall Effect to Spin Liquids
    • 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] Symmetry-based Indicators of Topology2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      New Paradigms in Quantum Matter 2018
    • 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] Symmetry-based Indicators of Topology2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 学会等名
      Topology and Correlation
    • 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] 空間の対称性とフィリングに基づくトポロジカルに非自明な絶縁体の研究2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      統計物理学懇談会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 3次元トポロジカル結晶絶縁体表面の1次元エッジ状態の分類2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Symmetry-Based Indicators of Band Topology II: Applications2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      APS march meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      BEC2018 (Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      強相関電子系理論の最前線
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      Novel quantum states in condensed matter 2017
    • 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] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      Topological States and Phase Transitions in Strongly Correlated Systems
    • 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] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      SPICE workshop: Spin Dynamics in the Dirac Systems
    • 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] 空間群に基づいたスピン模型の分類と許される基底状態についての制限2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 空間群の表現に基づいた非自明なバンドトポロジーの分類2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-21  

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