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2016 年度 実績報告書

遷移金属酸化物における強相関トポロジカル電子状態の理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K17702
研究機関東京大学

研究代表者

山地 洋平  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00649428)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード遷移金属酸化物 / スピン軌道相互作用 / 磁壁 / トポロジカル絶縁体 / 機能性界面
研究実績の概要

パイロクロア構造イリジウム酸化物の対称性に基づく有効ハミルトニアンを用いて、可動性の金属磁壁の機能性および制御性を解明し、原著論文として発表した。金属磁壁のフェルミ面が、ラッシュバ金属とよく似たヘリカルなスピン構造を有することを発見し、金属磁壁が示す光学異常ホール効果、円二色性およびハーフ・メタルとしての性質を明らかにした。これらの性質は、電子間クーロン相互作用と電子の運動エネルギーの比を制御することで起こる金属磁壁の金属-絶縁体相転移に関連して発現する性質であり、実験においては希土類の化学組成や圧力によって制御することが出来ると期待される。また、磁壁を磁場と薄膜化によって制御する手法を理論的に提案している。
さらに、イリジウム酸化物以外のパイロクロア構造遷移金属酸化物について、金属磁壁の出現と密接な関係を持つワイル電子の対消滅の様式を分類し、金属磁壁の有無についても成果を得た。オスミウムなどの重い元素を含む酸化物についての原著論文を準備中である。
また、強相関トポロジカル相の典型例となっているキタエフのスピン液体を実現するため、候補物質である蜂の巣格子イリジウム酸化物Na2IrO3についても研究を行い、原著論文として成果を公開した。現在では磁性を示すことがわかっているNa2IrO3から出発して、スピン液体相の特徴であるマヨラナ粒子励起を実現するために、比熱の温度依存性を用いてマヨラナ粒子相と現実物質の『距離』を測る方法を考案し、マヨラナ粒子実現のための定量的な物質設計指針を与えた。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Clues and criteria for designing a Kitaev spin liquid revealed by thermal and spin excitations of the honeycomb iridate Na2IrO32016

    • 著者名/発表者名
      Y, Yamaji, T. Suzuki, T. Yamada, S. Suga, N. Kawashima, and M. Imada
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 ページ: 174425(1-14)

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.174425

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Modulated helical metals at magnetic domain walls of pyrochlore iridium oxides2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamaji and M. Imada
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 ページ: 195146(1-15)

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.195146

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium Pump-Probe Photoexcitation as a Tool for Analyzing Unoccupied Equilibrium States of Correlated Electrons2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamaji and M. Imada
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 85 ページ: 094707(1-9)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.094707

    • 査読あり
  • [学会発表] パイロクロア構造イリジウム酸化物の励起スペクトル2016

    • 著者名/発表者名
      山地洋平
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学, 金沢
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会・シンポジウム開催] 8th International Conference on HFM20162016

    • 発表場所
      国立台湾大学GISセンター, 台北, 台湾
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-11

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公開日: 2018-01-16  

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