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2017 年度 実施状況報告書

空間群の対称性や電子数に基づいたトポロジカル半金属や量子スピン液体の一般的理解

研究課題

研究課題/領域番号 17K17678
研究機関東京大学

研究代表者

渡辺 悠樹  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20785323)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードトポロジカル絶縁体 / 量子多体系
研究実績の概要

本研究の長期的な目標は「相互作用する量子多体系の性質を空間群などの系の対称性や電子のフィリングなどに基づいて非摂動的に予言する一般論を発展させること、そしてその結果を物質探索に応用すること」である。平成29年度は特に、これまでのLieb-Schultz-Mattis定理ではカバーできていなかった「フィリングが整数でかつ空間群が symmorphicであるとき」への一般化を試みて、それに成功した。すなわち電子間相互作用が強く各サイトあたりに1つ電子が局在している場合に限定すれば、その極限においてはスピン模型としての記述が有効となる。このスピン模型に対して、「Lattice homotopy」という新しい分類を提案し、このhomotopyクラスが自明でない場合には「基底状態が縮退するか、ギャップレスの励起が現れる」というLieb-Schultz-Mattis定理の拡張を得た [H. C. Po, H. Watanabe, C.-M. Jian, and M. P. Zaletel, Phys. Rev. Lett 119, 127202 (2017)]. また、これとは独立な発展として、Lieb-Schultz-Mattis定理を磁気空間群を含める改良をすることに成功した [H. Watanabe, Phys. Rev. B, in print (2018)].
この他にも物質のもつ空間群や磁気空間群の対称性の固有値と、物質のトポロジーとの関係に着目し、Harvard大学の共同研究者や東大の自身の研究室の学生と5編の論文を発表した。例えば、学生と行った研究では、物質の量子ホール効果に対して相互作用や不純物が含まれているでも成立する新しい定理を提案し、証明した。[A. Matsugatani, Y. Ishiguro, K. Shiozaki, and H. Watanabe, Phys. Rev. Lett 120, 096601
(2018)]

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

新しい共同研究者やその他の研究者との議論を通して、様々な新しい発見があり、当初自分が想定していた以上にインパクトがある結果を複数のトピックに対して得ることができた。結果として、今年度だけで合計9編の論文を発表することができた。

今後の研究の推進方策

昨年度は当初の予想以上の成果を出すことができたので、今後も同様に研究に集中する。また、新しいテーマや共同研究者が得られるようにネットワークも広げることを意識していく。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] ハーバード大学/カリフォルニア大学サンタバーバラ校(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ハーバード大学/カリフォルニア大学サンタバーバラ校
  • [国際共同研究] 中国科学院物理学研究所(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学院物理学研究所
  • [雑誌論文] Universal Relation among the Many-Body Chern Number, Rotation Symmetry, and Filling2018

    • 著者名/発表者名
      Akishi Matsugatani, Yuri Ishiguro, Ken Shiozaki, and Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 ページ: 096601-1,5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.120.096601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Lieb-Schultz-Mattis-type filling constraints in the 1651 Magnetic Space Groups2018

    • 著者名/発表者名
      Haruki Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Symmetry-based indicators of band topology in the 230 space groups2017

    • 著者名/発表者名
      Po Hoi Chun、Vishwanath Ashvin、Watanabe Haruki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 8 ページ: 1,9

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00133-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Lattice Homotopy Constraints on Phases of Quantum Magnets2017

    • 著者名/発表者名
      Hoi Chun Po, Haruki Watanabe, Chao-Ming Jian, and Michael P. Zaletel
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 ページ: 127202-1,6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.119.127202

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 空間の対称性とフィリングに基づくトポロジカルに非自明な絶縁体の研究2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      統計物理学懇談会
    • 招待講演
  • [学会発表] 3次元トポロジカル結晶絶縁体表面の1次元エッジ状態の分類2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会
  • [学会発表] Symmetry-Based Indicators of Band Topology II: Applications2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      APS march meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      BEC2018 (Variety and universality of bulk-edge correspondence in topological phases: From solid state physics to transdisciplinary concepts)
    • 国際学会
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      強相関電子系理論の最前線
    • 招待講演
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      Novel quantum states in condensed matter 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      Topological States and Phase Transitions in Strongly Correlated Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complete Theory of Symmetry-based Indicators of Band Topology2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      SPICE workshop: Spin Dynamics in the Dirac Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 空間群に基づいたスピン模型の分類と許される基底状態についての制限2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] 空間群の表現に基づいた非自明なバンドトポロジーの分類2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉悠樹
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-21  

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