• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

量子スピン系に内在するマヨラナダイナミクスとそのトポロジー

公募研究

研究領域トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
研究課題/領域番号 16H00987
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

那須 譲治  東京工業大学, 理学院, 助教 (40610639)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード物性理論 / 量子スピン液体 / 強相関電子系
研究実績の概要

本研究では、量子スピン系で実現する極低温まで磁気秩序を示さない量子スピン液体と呼ばれる状態に注目し、そこで現れる特異な素励起であるマヨラナ粒子がどのように物理量に表れるかを明らかにし、さらに、それが作るバンドのトポロジカルな性質が生み出す新規な物性現象の解明を目指して研究を行ってきた。具体的には、キタエフ模型と呼ばれる可解な量子スピン模型を解析することで以下の研究成果を得た。
(1) キタエフ模型における磁気ダイナミクスを数値シミュレーションによって解析し、動的スピン構造因子の温度変化を計算した。この結果は、実験的には中性子線散乱実験によって測定可能であることが知られている。実際に、キタエフ型量子スピン液体の候補物質であるルテニウム化合物における中性子線散乱実験の結果と本研究で得られた計算結果を比較することで、それらが良く一致することを示した。この結果は、ルテニウム化合物がキタエフ相互作用で良く記述でき、マヨラナ粒子の存在を示唆するものである。
(2) キタエフ模型に対して磁場効果を調べ、磁場によって新しい相が現れる可能性を数値計算によって示した。この相は、低磁場の相と比較してマヨラナ粒子の作るバンドのトポロジカルな性質が変化しており、相転移がマヨラナ粒子のバンドのトポロジーの変化を伴って起きることがわかった。
上記の研究成果は、量子スピン液体に内在するマヨラナ粒子の存在可能性とそのトポロジカル特性を議論し、その観測への道筋を作るものと期待している。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 2件、 査読あり 16件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 8件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Chung-Ang University/POSTECH/DGIST(韓国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Rutherford Appleton Laboratory(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Johannesburg(南アフリカ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Cavendish Laboratory(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] NRC Kurchatov Institute(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Role of spin-orbit coupling in the Kugel-Khomskii model on the honeycomb lattice2018

    • 著者名/発表者名
      A. Koga, S. Nakauchi, and J. Nasu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 97 号: 9 ページ: 0944271-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.094427

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge Kondo Effect and Superconductivity in the Falikov-Kimball model with the Pair Hopping2018

    • 著者名/発表者名
      R. Shinzaki, J. Nasu, and A. Koga
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 97 号: 12 ページ: 1251301-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.125130

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interlayer Coupling Effect on a Bilayer Kitaev Model2018

    • 著者名/発表者名
      H. Tomishige, J. Nasu, and A. Koga
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 97 号: 9 ページ: 0944031-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.094403

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chiral spin liquids at finite temperature in a three-dimensional Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      Kato Yasuyuki、Kamiya Yoshitomo、Nasu Joji、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 17

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.174409

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal Transport in the Kitaev Model2017

    • 著者名/発表者名
      Nasu Joji、Yoshitake Junki、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.127204

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Majorana fermions in the Kitaev quantum spin system α-RuCl32017

    • 著者名/発表者名
      Do Seung-Hwan、Park Sang-Youn、Yoshitake Junki、Nasu Joji、Motome Yukitoshi、Kwon Yong Seung、Adroja D. T.、Voneshen D. J.、Kim Kyoo、Jang T.-H.、Park J.-H.、Choi Kwang-Yong、Ji Sungdae
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 13 号: 11 ページ: 1079-1084

    • DOI

      10.1038/nphys4264

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Temperature evolution of spin dynamics in two- and three-dimensional Kitaev models: Influence of fluctuating Z2 flux2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitake Junki、Nasu Joji、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.064433

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Majorana dynamical mean-field study of spin dynamics at finite temperatures in the honeycomb Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitake Junki、Nasu Joji、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.024438

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-Liquid-to-Spin-Liquid Transition in Kitaev Magnets Driven by Fractionalization2017

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu, Y. Kato, J. Yoshitake, Y. Kamiya, Y. Motome
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 118 号: 13 ページ: 137203-137203

    • DOI

      10.1103/physrevlett.118.137203

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cluster Size Effects on Electronic Reconstruction in Quasiperiodic System2017

    • 著者名/発表者名
      R. Shinzaki, J. Nasu, and A. Koga
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 809 ページ: 0120221-4

    • DOI

      10.1088/1742-6596/809/1/012022

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Phase diagram and collective excitation in excitonic insulator: from the orbital physics viewpoint2016

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu, T. Watanabe, M. Naka, and S. Ishihara
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 号: 20

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.205136

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fermionic response from fractionalization in an insulating two-dimensional magnet2016

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu, J. Knolle, D. L. Kovrizhin, Y. Motome, R. Moessner
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 12 号: 10 ページ: 912-915

    • DOI

      10.1038/nphys3809

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phase transitions in the Hubbard model for the bismuth nickelate2016

    • 著者名/発表者名
      S. Kojima, J. Nasu, and A. Koga
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 94 号: 4 ページ: 0451031-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.045103

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Field Effects in a Correlated Electron System with Spin-State Degree of Freedom -Implication of an Excitonic Insulator-2016

    • 著者名/発表者名
      T. Tatsuno, E. Mizoguchi, J. Nasu, M. Naka, S. Ishihara
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 85 号: 8 ページ: 083706-083706

    • DOI

      10.7566/jpsj.85.083706

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fractional Spin Fluctuation as a Precursor of Quantum Spin Liquids: Majorana Dynamical Mean-Field Study for the Kitaev Model2016

    • 著者名/発表者名
      J. Yoshitake, J. Nasu, and Y. Motome
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 15

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.157203

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Response and Valence Fluctuations in the Extended Anderson Lattice Model with Quasiperiodicity2016

    • 著者名/発表者名
      R. Shinzaki, J. Nasu, and A. Koga
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 85 号: 11 ページ: 1147061-6

    • DOI

      10.7566/jpsj.85.114706

    • NAID

      210000134154

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamical and transport properties in Kitaev spin liquids2018

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop: Topological magnets and topological superconductors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スピン軌道相互作用のある強相関励起子絶縁体に対する磁場効果2018

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] キタエフ模型における熱輸送現象2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, 吉竹純基, 求幸年
    • 学会等名
      日本物理学会, 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 量子スピン液体の熱力学的性質とダイナミクスの理論的解明2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会, 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermal transport in the Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu, J. Yoshitake, Y. Motome
    • 学会等名
      Correlated Electron Systems (TPFC2017)
    • 発表場所
      Kashiwa, Japan
    • 年月日
      2017-02-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal transport in the Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2017 (NQS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal transport by emergent Majorana fermions in the Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      Junjiro Kanamori, Memorial International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal transport in the Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal transport in the Kitaev model2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science (TopoMat2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キタエフ模型における熱伝導現象2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      第二回 量子スピン液体研究の新展開
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] キタエフスピン液体は本当に存在するのか?2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      第七回 強相関電子系理論の最前線
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] スピン状態自由度を有する強相関励起子相におけるスピン軌道相互作用の効果2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会, 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] キタエフスピン液体に対する磁場効果2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会, 2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Kitaevスピン液体の熱的性質とそのダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      京都大学基礎物理学研究所・研究会 「熱場の量子論とその応用」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] キタエフ模型における磁場下での熱ホール効果2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, 吉竹純基, 求幸年
    • 学会等名
      第2回TMS領域研究会(TMS2016)
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      2016-12-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite-temperature dynamics of emergent Majorana fermions in quantum spin liquids2016

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu, J. Knolle, D. L. Kovrizhin, Y. Motome, R. Moessner
    • 学会等名
      EPiQS-TMS Trans-Pacific Conference
    • 発表場所
      Moorea, French Polynesia
    • 年月日
      2016-12-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] キタエフ模型における分数化に由来したフェルミ励起:α-RuCl3におけるラマン散乱実験との比較2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, Johannes Knolle, Dmitry Kovrizhin, 求幸年, Roderich Moessner
    • 学会等名
      日本物理学会, 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] キタエフ模型の磁場下での熱ホール効果2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, 求幸年
    • 学会等名
      日本物理学会, 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] スピン状態自由度を持つ強相関模型における励起子絶縁体相とフラストレーション2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, 中惇, 石原純夫
    • 学会等名
      日本物理学会, 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Fermionic response from fractionalization in quantum spin liquids2016

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu, J. Knolle, D. L. Kovrizhin, Y. Motome, R. Moessner
    • 学会等名
      8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子スピン液体の有限温度ダイナミクスと分数励起2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      平成28年度物性研究所短期研究会 パイ電子系物性科学の最前線
    • 発表場所
      物性研究所
    • 年月日
      2016-08-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] キタエフ模型の有限温度ダイナミクスと分数励起2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      第一回 量子スピン液体研究の新展開
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2016-07-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピン状態自由度を持つ強相関模型における磁場誘起励起子絶縁体状態2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, 辰野太郎, 中惇, 石原純夫
    • 学会等名
      物性研究所短期研究会「強磁場コラボラトリー、国際協力と強磁場科学の将来」
    • 発表場所
      物性研究所
    • 年月日
      2016-06-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 量子スピン系に内在するマヨラナダイナミクスとそのトポロジー2016

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      新学術領域「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」公募班キックオフミーティング
    • 発表場所
      京都大学
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi