遷移金属酸化物を用いたトポロジカル絶縁体のバンドエンジニアリング

• 研究課題/領域番号: 26800186
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山内 邦彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00602278)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014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: トポロジカル絶縁体 / 第一原理計算 / 遷移金属酸化物 / トポロジカル物質 / 第一原理電子状態計算 / 強誘電体 / 熱電材料 / 強誘電性 / 国際情報交換 / イタリア

研究成果の概要

トポロジカル物質は近年多くの注目を集めており、物性物理の広範囲の分野で研究が発展している。本研究では、ペロブスカイト型酸化物の構造の自由度に注目し、強誘電酸化物を用いたトポロジカル絶縁体の第一原理物質設計を行った。その結果、強誘電歪みは結晶構造の反転対称性を破るため、スピン軌道相互作用に起因してバンドは分裂し、スピンバレー結合という特殊なスピン分極をもつことがわかった。さらに強誘電歪みを増加させるとバンド反転が起こり、トポロジカル相転移が見られた。また、強誘電体の熱電物性や磁性など様々な物性を調べることにより、強誘電体特有の興味深い物理を解明した。

研究成果

• [国際共同研究] CNR-SPIN(イタリア)
• [雑誌論文] Topological phase transition coupled with spin-valley physics in ferroelectric oxide heterostructures (2017)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi, Paolo Barone, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.035146
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influences of Orientation on Magnetoelectric Coupling at La1－xSrxMnO3/BaTiO3 Interface from Ab Initio Calculations (2017)
  • 著者名/発表者名: T.T. Nguyen, K. Yamauchi, T. Oguchi, and N. N. Hoang
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: - 号: 6 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s11664-016-5277-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, G. S. Tucker, J. Martius, T. Fennell, P. Manuel, D. D. Khalyavin, R. D. Johnson, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 130391-7
  • DOI: 10.1038/ncomms13039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aサイト秩序型ペロフスカイト酸化物の磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 豊田雅之、山内邦彦、小口多美夫
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 51 ページ: 389-396
• [雑誌論文] Coupling Ferroelectricity with Spin-Valley Physics in Oxide-Based Heterostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi, Paolo Barone, Tatsuya Shishidou, Tamio Oguchi, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.037602
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superexchange interaction in the A-site ordered perovskite YMn3Al4O12 (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Toyoda, Takashi Saito, Kunihiko Yamauchi, Yuichi Shimakawa, and Tamio Oguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.014420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Jahn-Teller distortions as a novel source of multiferroicity (2015)
  • 著者名/発表者名: Paolo Barone, Kunihiko Yamauchi, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.014116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A-site-driven ferroelectricity in strained ferromagnetic La2NiMnO6 thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Takahashi, I. Ohkubo, K. Yamauchi, M. Kitamura, Y. Sakurai, M. Oshima, T. Oguchi, Y. Cho, and M. Lippmaa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 号: 13 ページ: 061605-061605
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.134107
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of Ferroelectric Distortion on Thermopower in BaTiO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Saijo, K. Yamauchi, K. Shirai, and T. Oguchi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 号: 5 ページ: 054701-054701
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.054701
  • NAID: 210000133553
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Ab initio Theoretical Studies on Multiferroicity in Transition Metal Oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi
  • 学会等名: International Symposium on Magnetism and Magnetic Materials (韓国磁気学会)
  • 発表場所: 済州島, Korea
  • 年月日: 2016-11-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BiMO3 (M:3d 遷移金属元素) の第一原理電子状態計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山内邦彦, 妹尾仁嗣, 中惇, 求幸年
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Spin-Valley Coupling and Topological Phase Transition in Ferroelectric Oxide Heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi
  • 学会等名: 11th Korea-Japan Conference on Ferroelectrics (KJC-FE11)
  • 発表場所: Sungkyunkwan University, Seoul, Korea
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 強誘電酸化物を用いたスピン・バレートロニクスの第一原理物質設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山内邦彦
  • 学会等名: 第一回 ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
  • 発表場所: 東京理科大学神楽坂キャンパス
  • 年月日: 2016-01-28
  • 招待講演
• [学会発表] Rashba splitting and spin-valley coupling in ferroelectric oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yamauchi, P. Barone, S. Picozzi
  • 学会等名: PSI-K 2015 CONFERENCE
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] Theoretical prediction of spin-valley coupling in 5d transition-metal oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yamauchi, P. Barone, T. Shishidou, T. Oguchi, S. Picozzi
  • 学会等名: 20th INTERNATIONAL CONFERENCE ON MAGNETISM
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] 巨大Rashba効果を示す遷移金属酸化物の物質設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山内邦彦、小口多美夫、獅子堂達也、Paolo Barone、Silvia Picozzi
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10