第一原理計算を用いたトポロジカル物性の機構解明と新物質設計

• 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: 18H04227
• 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
• 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): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: トポロジカル物質 / 第一原理計算 / 第一原理電子状態計算 / 物質設計

研究実績の概要

本研究は、B01「トポロジーと対称性」実験班と連携し、角度分解光電子分光(ARPES)で得られたトポロジカル物質の電子構造を解明することを目的として、様々な物質の第一原理電子状態計算を遂行した。研究は予定通りに完遂し、2019年度はトポロジカル物質と超伝導物質との近接効果を調べるため、TlBiSe2上にPb原子層を蒸着した薄膜について実験と共同研究を行い、マヨラナ粒子の発現可能性について議論し、その成果をNature Communications誌に発表した。また、ディラック半金属ZrGeSeのノーダルラインやHfTe2の電子状態の次元性について実験班と共同研究を行い、それぞれ成果をPhysical Review Materials誌、および、Physical Review B誌に発表した。一方で、実験に先駆けた理論先行の新物質設計を進めた。イタリアの理論グループ（Silvia Picozzi教授）との共同研究で、強誘電性を示すスピネル化合物GaMo4S8において新しいスキルミオン相を予測し、成果をPhysical Review B誌に発表した 。阪大博士学生Vu氏およびD01公募班の鈴木通人氏（東北大）との共同研究で、ノンコリニア反強磁性を示すアンチペロブスカイト化合物Mn3PtNにおいて巨大な異常ホール効果を予測し、成果をPhysical Review B誌に発表した 。さらに、マルチフェロイック（反強磁性および焦電性を同時に示す）物質BiCoO3におけるラシュバ効果を予測し、その結果をPhysical Review B誌に発表した。反強磁性体におけるラシュバ効果はほとんど前例がなく、今後この分野の研究が活発になることが期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] CNR-SPIN(イタリア)
• [国際共同研究] CNR-SPIN, UOS L'Aquila(イタリア)
• [雑誌論文] Conversion of a conventional superconductor into a topological superconductor by topological proximity effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Trang C. X.、Shimamura N.、Nakayama K.、Souma S.、Sugawara K.、Watanabe I.、Yamauchi K.、Oguchi T.、Segawa K.、Takahashi T.、Ando Yoichi、Sato T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13946-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bulk Rashba effect in multiferroics: A theoretical prediction for BiCoO3 Kunihiko Yamauchi (2019)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi, Paolo Barone, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 24 ページ: 245115-245115
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.245115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dimensionality reduction and band quantization induced by potassium intercalation in 1T-HfTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakata Y.、Sugawara K.、Chainani A.、Yamauchi K.、Nakayama K.、Souma S.、Chuang P.-Y.、Cheng C.-M.、Oguchi T.、Ueno K.、Takahashi T.、Sato T.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 3 号: 7 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.3.071001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for bulk nodal loops and universality of Dirac-node arc surface states in ZrGeXc (Xc=S, Se, Te) (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Takechika、Souma Seigo、Wang Zhiwei、Yamauchi Kunihiko、Takane Daichi、Oinuma Hikaru、Nakayama Kosuke、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Oguchi Tamio、Takahashi Takashi、Ando Yoichi、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 24 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.245105
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Topology analysis for anomalous Hall effect in the noncollinear antiferromagnetic states of Mn3AN (A = Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, In, Sn, Ir, Pt) (2019)
  • 著者名/発表者名: Huyen Vu Thi Ngoc、Suzuki Michi-To、Yamauchi Kunihiko、Oguchi Tamio
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.094426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible emergence of a skyrmion phase in ferroelectric GaMo4S8 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hui-Min Zhang, Jun Chen, Paolo Barone, Kunihiko Yamauchi, Shuai Dong, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.214427
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrathin Bismuth Film on 1T-TaS2: Structural Transition and Charge-Density-Wave Proximity Effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamada Keiko、Souma Seigo、Yamauchi Kunihiko、Shimamura Natsumi、Sugawara Katsuaki、Trang Chi Xuan、Oguchi Tamio、Ueno Keiji、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 18 号: 5 ページ: 3235-3240
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b01003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrathin Bismuth Film on High-Temperature Cuprate Superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ as a Candidate of a Topological Superconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimamura Natsumi、Sugawara Katsuaki、Sucharitakul Sukrit、Souma Seigo、Iwaya Katsuya、Nakayama Kosuke、Trang Chi Xuan、Yamauchi Kunihiko、Oguchi Tamio、Kudo Kazutaka、Noji Takashi、Koike Yoji、Takahashi Takashi、Hanaguri Tetsuo、Sato Takafumi
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 12 号: 11 ページ: 10977-10983
  • DOI: 10.1021/acsnano.8b04869
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic structural unit with convex geometry: A building block hosting an exchange-striction-driven magnetoelectric coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Kimura, Yasuyuki Kato, Kunihiko Yamauchi, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Mitsuru Akaki, Masayuki Hagiwara, Shojiro Kimura, Masayuki Toyoda, Yukitoshi Motome, and Tsuyoshi Kimura
  • 雑誌名: Phys. Rev. Mater. 巻: 2 号: 10 ページ: 104415-104415
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.104415
  • 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
• [学会発表] First-Principles Design of Functional Topological Multilayers (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Yamauchi, T. Kosaka, S. Souma, T. Sato, and T. Oguchi
  • 学会等名: TMS2019|第4回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
• [学会発表] First-Principles Study on Multiferroic Transition-Metal Oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi
  • 学会等名: 5th International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS 2018)
  • 国際学会 / 招待講演