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有機物ディラック電子系におけるエキシトニック転移とトポロジカル強相関相図の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H01846
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東北大学

研究代表者

平田 倫啓  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20776413)

研究分担者 小林 晃人  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80335009)
宮川 和也  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90302760)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
キーワードディラック電子 / 有機導体 / エキシトニック転移 / スピン揺らぎ / トポロジカル絶縁体 / 量子ホール / 磁気触媒効果 / 核磁気共鳴 / トポロジカル強相関
研究開始時の研究の概要

本研究では、有機錯体中に実現する、「質量のないディラック電子系」と呼ばれる特異な電子の状態に注目する。柔らかく化学的修飾の容易な有機物の特性を巧みに活かし、従来のディラック電子系では困難であった電子間の相互作用(電子相関)を圧力と磁場により強相関極限まで精密に制御し、また電子のもつ右巻き左巻きのような性質(トポロジー)を元素置換により自在にコントロールする。そして、核磁気共鳴と理論計算を組合わせ、電子状態を詳細に検証し性質を解明する。これらを通じ、従来あまり研究されてこなかった『トポロジカルかつ電子相関の強いディラック電子系』の物理を開拓し、相図や相転移の理解を格段に進歩させる。

研究実績の概要

本年度は、1)年度の前半で研究代表者の応募者資格喪失(海外転出)が想定されたこと、2)コロナパンデミックの世界的広がりによる移動や実験の制限により、全体として大いに変則的な課題遂行となった。

もっぱら行ったのは、前年度に得られた面直強磁場下でのディラック電子の量子ホール状態での磁気触媒効果に関する研究について、a)未整理だったデータの整理・解析、そして b)継続実施していた理論モデルによるシミュレーションの強化進展の2点である。これらを中心に据え、高いクオリティーの論文としてデータをまとめられる目途がたったため、年度の後半では投稿原稿の執筆作業に注力した。また、この分野の専門家であるフランスCNRSの研究者を新たに共著者として招き入れ、オンラインで議論を重ねることを通じ、より質の高い仕事に仕上げるべく腐心した。結果、初稿が完成、現在投稿前の最終調整を行っている。

1)に関しては、前例のない予測不能な事態となり、課題遂行上の重大な障害となったことを付記する。とりわけコロナによる転出予定先国の大使館閉鎖や当該国の移民政策変更等により、ビザの申請から取得までのプロセスに予測困難な遅延や停止が発生した。このため、自身の渡航時期が明確に決めらない不確定な状況が数か月にわたって続き、その結果、課題遂行上、身動きが出来ない状態に陥った。実際、測定に月単位で時間のかかることが分かっている追加実験の実施はためらわれ、結果、理論的なアプローチと現状でまとめられる範囲での論文の執筆に活動方針をシフトすることとした。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] CNRS, LNCMI-G(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Interacting chiral electrons at the 2D Dirac points: a review2021

    • 著者名/発表者名
      Michihiro Hirata, Akito Kobayashi, Claude Berthier and Kazushi Kanoda
    • 雑誌名

      Reports on Progress in Physics

      巻: 84 号: 3 ページ: 036502-036502

    • DOI

      10.1088/1361-6633/abc17c

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Chiral excitonic instability of two-dimensional tilted Dirac cones2020

    • 著者名/発表者名
      Ohki Daigo, Hirata Michihiro, Tani Takehiro, Kanoda Kazushi, Kobayashi Akito
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Research

      巻: 2 号: 3 ページ: 033479-033479

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033479

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic-Field Dependence of Novel Gap Behavior Related to the Quantum-Size Effect2020

    • 著者名/発表者名
      Okuno Tomonori、Kinoshita Yuta、Matsuzaki Satoshi、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Hirata Michihiro、Sasaki Takahiko、Kusada Kohei、Kitagawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 9 ページ: 095002-095002

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.095002

    • NAID

      210000158416

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interacting chiral electrons at the 2D Dirac points: a review2020

    • 著者名/発表者名
      M. Hirata, A. Kobayashi, C. Berthier, K. Kanoda
    • 雑誌名

      Reports on Progress in Physics

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Anisotropic magnetic excitations from single-chirality antiferromagnetic state in Ca-kapellasite2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Ihara, H. Yoshida, K. Arashima, M. Hirata, T. Sasaki
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: in press

    • 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] Excitonic instability of two-dimensional tilted Dirac cones2019

    • 著者名/発表者名
      D. Ohki, M. Hirata, T. Tani, K. Kanoda, A. Kobayashi
    • 雑誌名

      Condensed Matter - arXiv

      巻: 1910.08999 ページ: 1-26

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 有機導体のディラック電子系における電子相関効果2019

    • 著者名/発表者名
      小林晃人、平田倫啓、鹿野田一司
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 54 ページ: 10-10

    • NAID

      40022054535

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 有機導体における強相関トポロジカル相の発見2021

    • 著者名/発表者名
      平田 倫啓
    • 学会等名
      日本物理学会2021年次大会 領域7企画公演
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機導体における強相関トポロジカル相の発見(領域7若手奨励賞)2020

    • 著者名/発表者名
      平田倫啓
    • 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
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機ディラック電子系におけるエキシトニック不安定性の研究2019

    • 著者名/発表者名
      平田倫啓, 大木大悟, 小林晃人, 宮川和也, 鹿野田一司, 田村雅史
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Anomalous spin density disproportionation of interacting massless Dirac electrons in the quantum limit of α-(BEDT-TTF)2I32019

    • 著者名/発表者名
      Michihiro Hirata
    • 学会等名
      13th International Symposium on. Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM-2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pressure-tuned velocity renormalization and excitonic fluctuations of 2D massless Dirac2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hirata, K. Ishikawa, D. Liu, D. Ohoki, G. Matsuno, A. Kobayashi, K. Miyagawa, M. Tamura, C. Berthier, K. Kanoda
    • 学会等名
      International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences (FCES19)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Correlated Dirac Fermions in Organics2019

    • 著者名/発表者名
      Michihiro Hirata
    • 学会等名
      Lecture at the Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NMR studies of correlated Dirac semimetals in a 2D organic conductor2019

    • 著者名/発表者名
      Michihiro Hirata
    • 学会等名
      Lecture at Los Alamos National Laboratory
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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