| 研究課題/領域番号 |
21H01793
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
橋本 顕一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00634982)
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| 研究分担者 |
須田 理行 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80585159)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
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| キーワード | キタエフスピン液体 / マヨラナ粒子 / トポロジカル / 創発準粒子 / 比熱測定 / チャーン数 / スピンゼーベック効果 / 比熱 / マヨラナギャップ / トポロジカル物性 / 磁場角度回転比熱 / キャリアドーピング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、現実物質における磁場印加や不純物効果に対するキタエフ量子スピン液体の安定性を明らかにすることを目的として、α-RuCl3において、マヨラナ粒子に由来する創発準粒子の出現の有無を規定するトポロジカル不変量(チャーン数)を比熱などの熱力学量測定を通じて詳細に調べる。さらに、キタエフ量子スピン液体において理論的に予測されているトポロジカル超伝導相を探索するために、α-RuCl3に対して、電界効果によるキャリアドーピングを施し、キタエフ量子スピン液体を母体とする新奇トポロジカル電子相の探索を行う。本研究により、現実のキタエフ量子スピン液体物質におけるマヨラナ粒子の理解を飛躍的に向上させる。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、キタエフ量子スピン液体物質において、マヨラナ粒子が発現する条件を明らかにし、さらにトポロジカル量子相を制御する実験手法を確立することである。そのために、本研究では、トポロジカル不変量(チャーン数)を比熱測定によるマヨラナギャップの観測を通じて、実験的に決定することが必要不可欠である。
今年度は、希釈冷凍機温度かつ14Tの磁場中において、ピエゾ素子で駆動する3次元回転機構(attocube社製atto3DR)を用いることで、キタエフスピン液体の候補物質α-RuCl3において、磁場をb軸方向に0.1度の精度で合わせ、精密比熱測定を行った。その結果、200 mKまでギャップレスな励起が観測されることを明らかにした。これは、マヨラナ励起の特徴的な磁場印加方向依存性を反映したものであり、本実験結果はα-RuCl3において、マヨラナフェルミオン励起が存在することを強く示唆するものである。本研究成果はScience Advances誌に論文掲載された。
また、α-RuCl3に対して、フランスのエコール・ポリテクニークにおいて、電子線を照射することで人工的に不純物を導入し、マヨラナ励起に対する不純物効果を詳細に調べた。その結果、不純物を導入すると理論的に提唱されているマヨラナ粒子のアンダーソン局在状態が実現することを明らかにした。本成果はPhysical Review X誌に論文掲載された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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