強相関物質のトポロジカル相

2019 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: 強相関電子系 / トポロジカル超伝導 / キタエフ量子スピン液体 / トポロジカル半金属 / マヨラナ準粒子 / ネマティック超伝導 / カイラル超伝導

研究実績の概要

最終年度にあたり、これまでの研究成果の総括を行うとともに、トポロジカル科学の今後の展開の芽となるようなテーマの研究も進めた。
◆1. トポロジカル超伝導体：【ネマティック超伝導】の最初の例を、ドープしたトポロジカル絶縁体CuxBi2Se3で発見した成果を踏まえ、ピエゾ一軸圧装置でネマティック超伝導ドメインの制御に成功した。【カイラル超伝導現象】に関して、以前のNMR実験で試料過熱の問題があったことを定量的に明らかにした。この結果、新展開の見られるSr2RuO4を中心に、磁束量子化現象や強磁性体との超伝導接合での奇周波数ペアリングの研究を進めた。接合実験とミュオンスピン回転の実験からは、時間反転対称に関して一見相反する結果が出ており、それらの解釈が注目されている。
◆2. トポロジカル磁性体：【ハニカム格子化合物】α-RuCl3において、キタエフ量子スピン液体で期待される熱ホール効果の量子化を観測し、《マヨラナ準粒子》の存在を世界で初めて示す大きな成果を挙げた。今年度は領域内の実験・理論の強い協力体制で、面内磁場での半整数熱量子ホール効果を観測した。ハニカム格子化合物の水素置換体H3LiIr2O6では極低温までスピン液体性を実現した。【パイロクロア酸化物】での量子スピンアイス状態で半整数の磁気量子数を備えた素励起である磁気モノポールの理論解析を深めた。
◆3. トポロジカル半金属等：３Dディラック半金属の【アンチペロブスカイト酸化物】で初めての超伝導体Sr3-xSnOを発見した成果を踏まえ、メスバウアー効果とミュオンスピン緩和等を駆使してその負イオン金属の電子状態と基本的超伝導特性を明らかにした。非平衡状態のトポロジカル相発現に関する理論との連携も進めた。
◆4.公募研究を含めて研究項目内の連携をさらに強め、領域目的の達成に向けての他の研究項目との共同研究の成果もとりまとめた。

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] Univ. Illinois, Urbana Champaign/Stanford Univ./Univ. California, Urvine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Univ. Illinois, Urbana Champaign/Stanford Univ./Univ. California, Urvine
  • 他の機関数: 9
• [国際共同研究] MPI-FKF (Stuttgart)/MPI-CPfS （Dresden)/Tech Univ. Dresden(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: MPI-FKF (Stuttgart)/MPI-CPfS （Dresden)/Tech Univ. Dresden
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] Univ. Cambridge/Univ. Bristol/Univ. Oxford(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Univ. Cambridge/Univ. Bristol/Univ. Oxford
  • 他の機関数: 4
• [国際共同研究] Univ. Leiden/Univ. Twente/Radboud Univ.(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Univ. Leiden/Univ. Twente/Radboud Univ.
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] Seoul National Univ./KAIST/Postech(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National Univ./KAIST/Postech
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 7
• [雑誌論文] Direction and symmetry transition of the vector order parameter in topological superconductors CuxBi2Se3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawai T.、Wang C. G.、Kandori Y.、Honoki Y.、Matano K.、Kambe T.、Zheng Guo-qing
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 235-1-7
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14126-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measuring magnetic field texture in correlated electron systems under extreme conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yip King Yau、Ho Kin On、Yu King Yiu、Chen Yang、Zhang Wei、Kasahara S.、Mizukami Y.、Shibauchi T.、Matsuda Y.、Goh Swee K.、Yang Sen
  • 雑誌名: Science 巻: 366 ページ: 1355-1359
  • DOI: 10.1126/science.aaw4278
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Disorder-induced exceptional and hybrid point rings in Weyl/Dirac semimetals (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsushita Taiki、Nagai Yuki、Fujimoto Satoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 245205-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.245205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral Higgs Mode in Nematic Superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Hiroki、Mizushima Takeshi、Tsuruta Atsushi、Fujimoto Satoshi、Sauls J. A.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 123 ページ: 237001-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.237001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical conductivity in the multiply degenerate point-nodal semimetal CoSi (2019)
  • 著者名/発表者名: Habe Tetsuro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 245131-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.245131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative ionic states of tin in the oxide superconductor Sr3-xSnO revealed by Moessbauer spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Atsutoshi、Koibuchi Shun、Kitao Shinji、Oudah Mohamed、Yonezawa Shingo、Seto Makoto、Maeno Yoshiteru
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 245145-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.245145
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Trimer classical spin liquid from interacting fractional charges (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokushuku Kunio、Mizoguchi Tomonari、Udagawa Masafumi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 134415-1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.134415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous anisotropic behaviour of spin-triplet proximity effect in Au/SrRuO3/Sr2RuO4 junctions (2019)
  • 著者名/発表者名: Anwar M. S.、Kunieda M.、Ishiguro R.、Lee S. R.、Sow C.、Robinson J. W. A.、Yonezawa S.、Noh T. W.、Maeno Y.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 15827-1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52003-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous Nonlocal Conductance as a Fingerprint of Chiral Majorana Edge States (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikegaya Satoshi、Asano Yasuhiro、Manske Dirk
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 123 ページ: 207002-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.207002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pseudospin triplet superconductivity in 2H-type transition-metal dichalcogenide monolayers (2019)
  • 著者名/発表者名: Habe Tetsuro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 165431-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.165431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coexistence of orbital and quantum critical magnetoresistance in FeSe1-xSx (2019)
  • 著者名/発表者名: Licciardello S.、Maksimovic N.、Ayres J.、Buhot J.、Culo M.、Bryant B.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Shibauchi T.、Nagarajan V.、Analytis J. G.、Hussey N. E.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 1 ページ: 023011-1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.1.023011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proximity effect in a ferromagnetic semiconductor with spin-orbit interactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Taketoki、Lee Jaechul、Habe Tetsuro、Asano Yasuhiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 094501-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.094501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-reversal invariant superconductivity of Sr2RuO4 revealed by Josephson effects (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashiwaya Satoshi、Saitoh Kohta、Kashiwaya Hiromi、Koyanagi Masao、Sato Masatoshi、Yada Keiji、Tanaka Yukio、Maeno Yoshiteru
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 094530-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.094530
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ordering of hidden multipoles in spin-orbit entangled 5d1 Ta chlorides (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa H.、Takayama T.、Kremer R. K.、Nuss J.、Dinnebier R.、Kitagawa K.、Ishii K.、Takagi H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 045142-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.045142
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Diagonal nematicity in the pseudogap phase of HgBa2CuO4+δ (2019)
  • 著者名/発表者名: Murayama H.、Sato Y.、Kurihara R.、Kasahara S.、Mizukami Y.、Kasahara Y.、Uchiyama H.、Yamamoto A.、Moon E.-G.、Cai J.、Freyermuth J.、Greven M.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 3282-1-7
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11200-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coupling between the heavy-fermion superconductor CeCoIn5 and the antiferromagnetic metal CeIn3 through the atomic interface (2019)
  • 著者名/発表者名: Naritsuka M.、Nakamura S.、Kasahara Y.、Terashima T.、Peters R.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 024507-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.024507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of superconducting gap spectra of long-range proximity effect in Au/SrTiO3/SrRuO3/Sr2RuO4 tunnel junctions (2019)
  • 著者名/発表者名: Anwar M. S.、Kunieda M.、Ishiguro R.、Lee S. R.、Olthof L. A. B. Olde、Robinson J. W. A.、Yonezawa S.、Noh T. W.、Maeno Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 024516-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.024516
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tuning the Distance to a Possible Ferromagnetic Quantum Critical Point in A2Cr3As3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Luo J.、Yang J.、Zhou R.、Mu Q.G.、Liu T.、Ren Zhi-an、Yi C.J.、Shi Y.G.、Zheng Guo-qing
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 123 ページ: 047001-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.047001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of off-diagonal exchange interactions on the Kitaev spin-liquid state of α-RuCl3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takikawa Daichi、Fujimoto Satoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 224409-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.224409
  • 査読あり
• [学会発表] Topological quantum computation with Majorana fermions (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fujimoto
  • 学会等名: ATI Spintronics workshop
  • 招待講演
• [学会発表] Paradigm shift toward the clarification of the superconductivity in Sr2RuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Maeno
  • 学会等名: Strontium Ruthenate 25 years of a Puzzling Superconductor (SRO21+4)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non-Equilibrium Steady States (NESS) of a Mott-Anderson Insulator Candidate (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Maeno
  • 学会等名: Frontiers of Correlated Electron Sciences (FCES19)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Paradigm shift toward the full understanding of the superconductivity in Sr2RuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Maeno
  • 学会等名: OSS2019 Oxide Superspin Workshop 2019 and IBS-CCES Workshop on Strongly Correlated System 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Paradigm shift toward the clarification of the superconductivity in Sr2RuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Maeno
  • 学会等名: The 2nd Workshop on Spin-Orbit Coupled Topological States (SOCTS2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Paradigm shift toward solving the puzzles of the superconductivity in Sr2RuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Maeno
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic Pairing State and Nematic Critical Point of Fe(Se1-xSx) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Physical Review Workshop on New Frontiers of Superconductivity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of quenched disorder on a quantum spin liquid state of triangular-lattice antiferromagnet 1T-TaS2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: IBSPCS-KIAS International Workshop “Frustrated Magnetism”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Majorana Quantization and Half-integer Thermal Quantum Hall Effect in a Quantum Spin Liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: 11th International Conference on Magnetic and Superconducting Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Half-integer thermal quantum Hall effect in a chiral spin liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Workshop on “Quantum Criticality and Topology in Correlated Electron Systems”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Half-integer quantized thermal Hall conductance in a chiral spin liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: New twist in high temperature superconductivity and beyond
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Majorana Quantization and Half-Integer Thermal Quantum Hall Effect in a Kitaev Spin Liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Topological and Correlated Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Half-integer thermal quantum Hall effect in a quantum spin liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: PCTS Workshop:“Strongly Correlated Systems and Interactions in Quantum Matter”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic spin-orbital entangled phases on honeycomb lattice (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: PCTS conference, “Strongly Correlated Systems \& Interactions in Quantum Matter”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic spin-orbital entangled phases in 4d and 5d transition metal oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: Conference on Strongly Correlated Quantum Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic spin-orbital entangled phases in 4d and 5d transition metal oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: Workshop “Low-dimensional emergent phenomena in correlated systems and topological quantum matter”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic spin-orbital entangled phases in 4d and 5d transition metal oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: MPI-PKS Workshop "Quantum Criticality and Topology in Correlated Electron Systems"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic spin-orbital entangled phases in 5d and 4d transition metal oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: 26th Int. Workshop on Oxide Electronics (iWOE 26)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant orbital diamagnetism of three-dimensional Dirac electrons in Sr3PbO antiperovskite+ (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: ICTP workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant isotope effect observed in the honeycomb iridate H3LiIr2O6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: 3rd Asia-Pacific Workshop on Quantum Magnetism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant orbital diamagnetism of three-dimensional Dirac electrons in Sr3PbO antiperovskite (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: KTJ 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spins, charges and orbitals on frustrated lattices in complex vanadates (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Takagi
  • 学会等名: Workshop on “Strongly correlated materials; perspectives, challenges and dreams”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological superconductivity in correlated and non-correlated electron systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Guo-qing Zheng
  • 学会等名: Asia Pacific Workshop on Highlights of Condensed-Matter Physics (APW2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological spin-triplet superconducting states in bulk materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Guo-qing Zheng
  • 学会等名: Nature Conference on Emergence Materials and Device: Electronic Structures and Properties
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystal-dependent d-vector direction and gap-symmetry transition in topological superconductors CuxBi2Se3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Guo-qing Zheng
  • 学会等名: International Conference on Spectroscopy on Novel Superconductors 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Exploration of Majorana in Kitaev dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Udagawa
  • 学会等名: International Conference on Topological Materials Science 2019 (Topomat2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamical response of Kitaev’s spin liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Udagawa
  • 学会等名: The 3rd Asia Pacific Workshop on Quantum Magnetism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic and Charge response of Kitaev’s spin liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Udagawa
  • 学会等名: IBSPCS-KIAS workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dimensional diversication in quantum spin ice (2019)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Udagawa
  • 学会等名: SFB workshop
• [学会発表] Chiral anomaly phenomena in Weyl superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fujimoto
  • 学会等名: Superstripes 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chiral anomaly phenomena in Weyl superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fujimoto
  • 学会等名: Vortex physics workshop
  • 招待講演
• [学会発表] Observation and control of nematic topological superconductivity in doped Bi2Se3 superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of nematic superconductivity in SrxBi2Se3 by uniaxial strain (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: International Conference on Topological Materials Science 2019 (TopoMat2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity in (TMTSF)2ClO4 tuned by disorder (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: The 13th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Probing and tuning of nematic superconductivity in doped Bi2Se3 superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: J-Physics 2019 International Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation and Control of Nematic Superconductivity in Doped Bi2Se3 Topological Superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: Research Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Order Parameters of Topological Superconductors Investigated Using Field-Angle-Resolved Experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: The 2019 Gordon Research Conference on Superconductivity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting anisotropy of Sr2RuO4 under in-plane magnetic field and current (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: Strontium Ruthenate - 25 years of a Puzzling Superconductor
  • 国際学会
• [学会発表] SrxBi2Se3への一軸ひずみ印可によるネマティック超伝導の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: Shingo Yonezawa
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会(物性)
• [図書] Fundamentals and Frontiers of the Josepson Effect (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅野泰寛(A01) 、田仲由喜夫(B01)他
  • 総ページ数: 859
  • 出版者: Springer
• [備考] 新学術領域研究 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] 新学術領域研究 トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」(英語版）
  • URL: http://topo-mat-sci.jp/en/
• [学会・シンポジウム開催] International Conference on Topological Materials Science (TopoMat2019) (2019)
• [学会・シンポジウム開催] 3rd EPiQS-TMS alliance workshop on Topological Phenomena in Quantum Materials (TPQM2019) (2019)