強相関物質のトポロジカル相

2015 年度 実績報告書

• 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: 15H05852
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 前野 悦輝 京都大学, 理学研究科, 教授 (80181600)
• 研究分担者: 松田 祐司 京都大学, 理学研究科, 教授 (50199816) ; 高木 英典 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40187935) ; 鄭 国慶 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50231444) ; 藤本 聡 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10263063) ; 浅野 泰寛 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20271637) ; 宇田川 将文 学習院大学, 理学部, 准教授 (80431790)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: トポロジー / 強相間電子 / トポロジカル超伝導 / モット絶縁体 / 半金属

研究実績の概要

本研究では、強相関トポロジカル現象にかかわる以下の研究活動を開始した。【1】 カイラル超伝導現象の実証： Sr2RuO4にて、ジョゼフソン電流からカイラル超伝導ドメイン運動を示す結果を得た。URu2Si2にて、カイラル超伝導揺らぎによる巨大熱磁気応答の理解を深めた。トポロジカルエッジ状態の電流雑音について、計画研究C01と共同研究を進めた。【2】 奇周波数超伝導状態の実証： 多バンド超伝導体での奇周波数状態の理論を発表した。強磁性金属/超伝導体Sr2RuO4近接接合で、スピン三重項対の強磁性体の侵入を観測した。【3】 マヨラナ準粒子の実証に向けた実験：スピン三重項超伝導体の微小リングでの半整数量子化磁束や、重い電子系超伝導人工超格子のエッジ状態の観測を目指す研究を進めた。これに必要な走査型微細加工装置を導入した。【4】 ワイル半金属・ワイル型トポロジカル超伝導体の探索： アンチペロブスカイト酸化物、ウラン系超伝導体で、ワイル半金属やトポロジカル超伝導状態の探索を進めた。0.1ケルビンまでの超伝導探索に有効な交流磁化測定装置を開発した。コバルトや鉄のヒ素化合物についてもディラック電子はじめトポロジカル相を探索して超伝導や磁性の研究を行った。ワイル半金属での歪によるカイラル磁気効果の理論を発表した。層状コバルト酸化物の負の磁気抵抗が、トポロジカル現象とのアナロジーから理解できることを論文発表した。【5】 モット絶縁体でのトポロジカル相の探索：ハニカム格子のイリジウム酸化物やルテニウム酸化物で、トポロジカル・スピン状態を探索した。後者ではスピン・ダイマーの液体・固体転移の研究を進めた。パイロクロア格子の酸化物では、磁気モノポールで記述できる励起状態の遍歴性を示した。【6】 9月にＡ０１班内の研究協力体制構築のための研究会を京都大学で開催し、他班との共同研究も進めた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画の各テーマについて順調に研究を開始している。装置購入に関しては、経費の採択充足率を踏まえて、若干の見直しをしたが、その見直し計画に沿って装置の導入を果たし、研究を進めている。

今後の研究の推進方策

本年度に着手した各テーマの研究を継続発展させるとともに、Ｈ２８年度は公募研究に採択された研究者との連携を強力に推進する。特に超流動ヘリウムの研究者との交流・連携も含めて、「トポロジカル量子相転移の制御」の研究を進める。様々なトポロジカル相について、4d・5d 遷移金属酸化物へのキャリアドープや圧力効果、重い電子系人工超格子の厚み変化などのパラメター制御を駆使することで、トポロジカル相の安定化や量子相転移に対する電子相関の役割を明らかにする。
採択時にコメントいただいた「トポロジーを基軸とする新たな観点から新しい物質や物理が創出されるのか」という質問に対しては、実験と理論との連携により、実際すでに成果が出ており、新学術領域で結びついた強力な連携関係を生かして今後はさらに飛躍的な発展を目指す。

研究成果

• [国際共同研究] マックスプランク研究所（ドレスデン）/ケルン大学/カールスルーエ工科大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックスプランク研究所（ドレスデン）/ケルン大学/カールスルーエ工科大学
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] ライデン大学/トゥウェンテ大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: ライデン大学/トゥウェンテ大学
• [国際共同研究] スイス連邦工科大学チューリッヒ/ジュネーブ大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学チューリッヒ/ジュネーブ大学
• [国際共同研究] 国立強磁場研究所/スタンフォード大学/イリノイ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: 国立強磁場研究所/スタンフォード大学/イリノイ大学
• [国際共同研究] ブリティッシュ・コロンビア大学/シャーブルック大学/トロント大学(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: ブリティッシュ・コロンビア大学/シャーブルック大学/トロント大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Effect of disorder on the dimer transition of the honeycomb-lattice compound Li2RuO3 (2016)
  • 著者名/発表者名: M. P. Jimenez-Segura, A. Ikeda, S. Yonezawa, Y. Maeno
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 93 ページ: 075133-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.075133
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Possible observation of highly itinerant quantum magnetic monopoles in the frustrated pyrochlore Yb2Ti2O7 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokiwa, T. Yamashita, M. Udagawa, S. Kittaka, T Sakakibara, D. Terazawa, Y. Shimoyama, T. Terashima, Y. Yasui, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 10807-1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms10807
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interplanar coupling-dependent magnetoresistivity in high-purity layered metals (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Kikugawa, P. Goswami, A. Kiswandhi, E. S. Choi, D. Graf, R. E. Baumbach, J. S. Brooks, K. Sugii, Y. Iida, M. Nishio, S. Uji, T. Terashima, P. M. C. Rourke, N. E. Hussey, H. Takatsu, S. Yonezawa, Y. Maeno, L. Balicas
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 10903-1-8
  • DOI: 10.1038/ncomms10903
  • 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] Novel superconducting phenomena in quasi-one-dimensional Bechgaard salts (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Jerome, S. Yonezawa
  • 雑誌名: Comptes Rendus Physique 巻: 17 ページ: 357-375
  • DOI: 10.1016/j.crhy.2015.12.003
  • 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] First-order superconducting transition of Sr2RuO4 investigated by magnetization and magnetic torque (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kittaka, A. Kasahara, T. Sakakibara, D. Shibata, S. Yonezawa, Y. Maeno, K. Tenya, K. Machida
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 400 ページ: 81-83
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.07.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic Spin Fluctuation and Unconventional Superconductivity in Rb2Cr3As3 Revealed by 75As NMR and NQR (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Yang, Z. T. Tang, G. H. Cao, Guo-qing Zheng
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 ページ: 147002-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.147002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compact AC susceptometer for fast sample characterization down to 0.1 K (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Yonezawa, T. Higuchi, Y. Sugimoto, C. Sow, Y. Maeno
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 86 ページ: 093903-1-8
  • DOI: 10.1063/1.4929871
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inversion symmetry of Josephson current as test of chiral domain wall motion in Sr2RuO4 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Saitoh, S. Kashiwaya, H. Kashiwaya, Y. Mawatari, Y. Asano, Y. Tanaka, Y. Maeno
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 92 ページ: 100504R-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.100504
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Doping-enhanced antiferromagnetism in Ca1-;xLaxFeAs2 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawasaki, T. Mabuchi, S. Maeda, T. Adachi, T. Mizukami, K. Kudo, M. Nohara, Guo-qing Zheng,
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 92 ページ: 180508-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.180508
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Odd-frequency Cooper Pairs in Two-band Superconductors and their Magnetic Response (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Asano, A. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 92 ページ: 224508-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.224508
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Colossal thermomagnetic response in chiral d-wave superconductor URu2Si2 (2105)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda
  • 学会等名: International Seminar and Workshop on “Quantum Design”
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2105-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Colossal thermomagnetic response in chiral d-wave superconductor URu2Si2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] From Kitaev spin liquid to Dirac-node semimetal- spin-orbit coupling induced electronic phases in complex Ir oxides (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takagi
  • 学会等名: Topmat16
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2016-03-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin-Triplet Proximity Effect between Superconducting Sr2RuO4 and Ferromagnetic SrRuO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeno
  • 学会等名: The 2015 International Workshop on Sr2RuO4: Unresolved Issues and Prospects
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2015-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconductivity of Sr2RuO4: Current Challenges (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeno
  • 学会等名: The 2015 International Workshop on Sr2RuO4: Unresolved Issues and Prospects
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2015-12-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin-orbit coupling and electron correlations in complex 5d Ir oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takagi
  • 学会等名: Korrelationstage 2015
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Paramagnetic response of small topological superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Asano
  • 学会等名: International Conference on Interaction of Superconductivity and Magnetism in Nanosystems
  • 発表場所: Moskva, Russia
  • 年月日: 2015-09-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Two-dimensional Kondo Superlattices(キーノート招待講演） (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda
  • 学会等名: Materials and Mechanism of Superconductivity 2015
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant Nernst effect due to Berry phase fluctuation in chiral superconductor URu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Fujimoto
  • 学会等名: Materials and Mechanism of Superconductivity 2015
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin-Triplet Proximity Effect between Superconducting Sr2RuO4 and Ferromagnetic SrRuO3(キーノート招待講演） (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeno
  • 学会等名: Materials and Mechanism of Superconductivity 2015
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] From correlated Dirac electrons to spin liquid in complex Ir oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takagi
  • 学会等名: School and Workshop on Strongly Correlated Electronic Systems – Novel Materials and Novel Theories
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Melting the Correlated Electron Solids under Non-Equilibrium Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeno
  • 学会等名: Workshop on concepts and discovery in quantum matter (CDQM)
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 年月日: 2015-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Colossal thermoelectric effect due to Berry phase fluctuation in chiral superconductor URu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Fujimoto
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism (ICM2015)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconductivity of Sr2RuO4: Current Challenges (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeno
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism (ICM2015)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Anomalous proximity effect and more than one Majorana fermion (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Asano
  • 学会等名: 11th International Workshop on Nanomagnetism and Superconductivity at the Nanoscale
  • 発表場所: Coma-ruga, Spain
  • 年月日: 2015-07-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
  • URL: http://topo-mat-sci.jp/
• [備考] Topological Materials Science
  • URL: http://topo-mat-sci.jp/en/