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2019 年度 実績報告書

スピンの分数化による量子スピン液体の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 16H02206
研究機関東京大学

研究代表者

求 幸年  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40323274)

研究分担者 那須 譲治  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40610639)
加藤 康之  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50708534)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード磁性 / 強相関電子系 / 物性理論 / 計算物理 / トポロジー
研究実績の概要

前年度までの研究をさらに発展させて研究を推進するとともに、新しい課題にも挑戦することで、以下の研究成果を得た。(1)実験グループとの共同研究をさらに発展させ、熱ホール伝導度の半整数量子化、NMRスピン格子緩和率、ラマン散乱の実験結果を解析し、キタエフスピン液体に特徴的なスピンの分数化との関連を明らかにした。(2)第一原理計算を用いたキタエフ候補物質の物質設計に関して、希土類化合物A2PrO3 (A=アルカリ金属)に対する系統的な研究を行い、反強磁性キタエフ相互作用の起源を微視的に明らかにした。(3)海外の研究協力者のひとりであるSimon Trebst教授のグループとの共同研究として、2種類の3次元キタエフ模型に現れる興味深い相転移現象を明らかにした。(4)磁場クエンチによって生じる実時間ダイナミクスを調べ、時間・エネルギースケールの異なる磁化の振動現象や、フェルミ面誘起といったスピンの分数化に起因した特徴的な振る舞いが現れることを明らかにした。(5)磁場中のキタエフ模型に適用可能な数値計算アルゴリズムを開発し、それによりスピン励起を調べることで、分数スピン励起から通常のマグノン励起へのクロスオーバー現象を明らかにした。(6)2層キタエフ模型の磁気ダイナミクスと有限温度の熱力学的性質を調べることで、キタエフ量子スピン液体とダイマーシングレット相の間の相転移現象を明らかにした。(7)長さが異なる2種類のスピンを持ったキタエフ模型に対して、有限温度の計算を行い、低温で巨視的なエントロピーが残留することを見出した。(8)スピン1のキタエフ模型における磁気励起の輸送特性を調べ、磁気分極していない量子スピン液体の領域においても磁気励起が伝わることを見出した。(9)本研究計画において得られた成果を取りまとめたレビュー論文を2編執筆した。

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

    (38件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 3件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 9件、 招待講演 10件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] University of Cologne(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Cologne
  • [国際共同研究] Stockholm University/KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Stockholm University/KTH Royal Institute of Technology
  • [国際共同研究] Boston College/University of Tennessee/Oak Ridge National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Boston College/University of Tennessee/Oak Ridge National Laboratory
    • 他の機関数
      3
  • [国際共同研究] SICK Product Center Asia Pte. Ltd.(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      SICK Product Center Asia Pte. Ltd.
  • [国際共同研究] Imperial College London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Imperial College London
  • [雑誌論文] Hunting Majorana Fermions in Kitaev Magnets2020

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

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 ページ: 012002-1~41

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.012002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chiral spin liquids with crystalline Z2 gauge order in a three-dimensional Kitaev model2020

    • 著者名/発表者名
      Mishchenko Petr A.、Kato Yasuyuki、O'Brien Kevin、Bojesen Troels A.、Eschmann Tim、Hermanns Maria、Trebst Simon、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 045118-1~13

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.045118

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-step gap opening across the quantum critical point in the Kitaev honeycomb magnet α?RuCl32020

    • 著者名/発表者名
      Nagai Yuya、Jinno Takaaki、Yoshitake Junki、Nasu Joji、Motome Yukitoshi、Itoh Masayuki、Shimizu Yasuhiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 020414(R)-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.020414

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The range of non-Kitaev terms and fractional particles in α-RuCl32020

    • 著者名/発表者名
      Wang Yiping、Osterhoudt Gavin B.、Tian Yao、Lampen-Kelley Paige、Banerjee Arnab、Goldstein Thomas、Yan Jun、Knolle Johannes、Ji Huiwen、Cava Robert J.、Nasu Joji、Motome Yukitoshi、Nagler Stephen E.、Mandrus David、Burch Kenneth S.
    • 雑誌名

      npj Quantum Materials

      巻: 5 ページ: 14-1~8

    • DOI

      10.1038/s41535-020-0216-6

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Majorana-magnon crossover by a magnetic field in the Kitaev model: Continuous-time quantum Monte Carlo study2020

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

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 100408(R)-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.100408

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Antiferromagnetic Kitaev interactions in polar spin-orbit Mott insulators2020

    • 著者名/発表者名
      Sugita Yusuke、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 100410(R)-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.100410

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Transport in the Quantum Spin Liquid State in the S = 1 Kitaev Model: Role of the Fractionalized Quasiparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Koga Akihisa、Minakawa Tetsuya、Murakami Yuta、Nasu Joji
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 ページ: 033701-1~4

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.033701

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Antiferromagnetic Kitaev interaction in f-electron based honeycomb magnets2019

    • 著者名/発表者名
      Jang Seong-Hoon、Sano Ryoya、Kato Yasuyuki、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 241106(R)-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.99.241106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamics of a gauge-frustrated Kitaev spin liquid2019

    • 著者名/発表者名
      Eschmann T.、Mishchenko P. A.、Bojesen T. A.、Kato Y.、Hermanns M.、Motome Y.、Trebst S.
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 1 ページ: 032011(R)-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.1.032011

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonequilibrium Majorana dynamics by quenching a magnetic field in Kitaev spin liquids2019

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

      Physical Review Research

      巻: 1 ページ: 033007-1~16

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.1.033007

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Low-temperature properties in the bilayer Kitaev model2019

    • 著者名/発表者名
      Tomishige Hiroyuki、Nasu Joji、Koga Akihisa
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 174424-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.99.174424

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Residual entropy and spin fractionalizations in the mixed-spin Kitaev model2019

    • 著者名/発表者名
      Koga Akihisa、Nasu Joji
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 ページ: 100404(R)-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.100404

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 誌上セミナー:量子スピン液体研究の最前線(その3)2019

    • 著者名/発表者名
      求 幸年, 那須譲治
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 54 ページ: 217~236

    • 査読あり
  • [学会発表] α-RuCl3のキタエフスピン液体状態におけるChern数の磁場角度依存性2020

    • 著者名/発表者名
      横井太一
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] Kitaev量子スピン液体候補α-RuCl3における磁気励起の異方性2020

    • 著者名/発表者名
      清水康弘
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] キタエフ量子スピン液体に対する乱れの効果2020

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] Hunting Majorana fermions in Kitaev magnets2019

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Majorana signatures in proximate Kitaev spin liquids2019

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      International Conference on Frontiers of Correlated Electron Sciences
    • 国際学会
  • [学会発表] Fractional Majorana excitations in Kitaev spin liquids2019

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      The 5th Conference on Condensed Matter Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fractional spin dynamics in Kitaev magnets2019

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      KITP Conference: Topological Quantum Matter: From Fantasy to Reality,
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Majorana Excitations in Kitaev Magnets under a Magnetic Field2019

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      14th Asia-Pacific Physics Condference (APPC 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Majorana signatures in Kitaev magnets under magnetic fields2019

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      The 3rd Asia-Pacific workshop on Quantum Magnetism
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional chiral spin liquids in hypernonagon Kitaev model2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Kato
    • 学会等名
      The 3rd Asia-Pacific workshop on Quantum Magnetism
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonequilibrium dynamics in Kitaev spin liquids with fractional Majorana quasiparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Joji Nasu
    • 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-field effect and transport properties in Kitaev spin liquids2019

    • 著者名/発表者名
      Joji Nasu
    • 学会等名
      3rd EPiQS-TMS alliance workshop on Topological Phenomena in Quantum Materials (TPQM2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 磁性体に現れるマヨラナ粒子2019

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      令和元年度 東北大学 電気通信研究所 共同プロジェクト研究会 「固体素子における非平衡ダイナミクスの精緻な理解と機能開拓」
    • 招待講演
  • [学会発表] Kitaevスピン液体におけるマヨラナ励起の検証:現状と今後2019

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      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」第12回トポロジー連携研究会「マヨラナ励起の実証に向けて」
    • 招待講演
  • [学会発表] ハイパーノナゴン格子キタエフ模型の3次元カイラルスピン液体2019

    • 著者名/発表者名
      加藤康之
    • 学会等名
      第14回量子スピン系研究会
  • [学会発表] キタエフスピン液体における交流磁場による共鳴マヨラナ励起2019

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] α-RuCl3における熱輸送とIr置換効果2019

    • 著者名/発表者名
      冨永貴弘
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [備考] スピンの分数化による量子スピン液体の開拓

    • URL

      http://www.motome-lab.t.u-tokyo.ac.jp/sfqsl/index.html

  • [備考] 東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻求研究室

    • URL

      http://www.motome-lab.t.u-tokyo.ac.jp/index.html

  • [学会・シンポジウム開催] The 3rd Asia-Pacific workshop on Quantum Magnetism (focus session)2019

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公開日: 2021-01-27  

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