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2020 年度 実績報告書

量子スピン液体におけるマヨラナ粒子の創出と制御

研究課題

研究課題/領域番号 20H00122
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 大久保 毅  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (00514051)
三澤 貴宏  早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員(研究院准教授) (10582687) [辞退]
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) 2020-04-01 – 2025-03-31
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

研究計画に沿って研究を推進し、以下の研究成果を得た。(0) 計算機環境の構築:本研究計画をスムーズに遂行するために、新しいPCクラスタシステム一式及び計算サーバーを導入し、代表者と分担者で共有して使用できる計算機環境を構築した。(1) キタエフ量子スピン液体が実現する新たな舞台を探索する目的で、高スピン系や冷却原子系を念頭に置いた数値計算を行い、キタエフ量子スピン液体が実現するパラメタ領域を明らかにした。(2) 乱れのあるキタエフ模型における熱力学量や熱ホール伝導度の計算を行い、サイト欠陥とボンド乱れに対して対照的な振る舞いが現れるを明らかにした。(3) キタエフ量子スピン液体においてスピンの分数化によって現れるフラックスを自在に生成し制御する手法として、局所的な格子歪みの効果を調べ、実際に生成・移動・交換等の操作が可能なことを示した。(4) キタエフ量子スピン液体に対する交代磁場の効果を調べる目的で、マヨラナのバンド構造や熱伝導係数を調べた。(5) キタエフ量子スピン液体へのスピン流注入に関する研究に着手し、計算のフレームワークの整備と予備的な数値計算を行った。(6) 磁場中で現れる半整数量子化熱ホール効果に関して、非キタエフ相互作用、磁場、温度の効果を網羅的に調べるため、計算のフレームワークの整備と予備的な数値計算を行った。(7) キタエフ候補物質α-RuCl3が磁場中で示すトポロジカル相転移に関して、実験グループとの共同研究をおこなった。

現在までの達成度 (区分)
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

計画していた研究内容について着実に研究成果が得られているため。また、これらの成果について、学術論文を発表するだけでなく、国内外の学会や研究会等で精力的な成果発表を行い、そこでの参加者との積極的な議論を通じて、さらに新しい研究展開にもつながっているため。本研究課題専用のWebページも開設し、最新の研究内容や研究成果を広く周知している。計画では10月から特任研究員の雇用を予定していたが、適任者が見つからなかったため延期となったが、その後適任者を見出し、翌年度4月からの採用となった。

今後の研究の推進方策

これまでの順調な研究の進捗を踏まえて、計画に沿って2021年度の研究を遂行する。また、これまでの研究や、学会・研究会等での参加者との議論を通じて新しい研究内容も着想しているため、それらも含めたさらなる研究の発展・進化を図る。2021年度には、本研究分野における中心的な実験・理論研究者を一堂に集めて研究会を開催する。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2021 2020 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 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 備考 (2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(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Stockholm University
  • [雑誌論文] Materials design of Kitaev spin liquids beyond the Jackeli-Khaliullin mechanism2020

    • 著者名/発表者名
      Motome Yukitoshi、Sano Ryoya、Jang Seonghoon、Sugita Yusuke、Kato Yasuyuki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 32 ページ: 404001~404001

    • DOI

      10.1088/1361-648X/ab8525

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic classification of three-dimensional Kitaev spin liquids2020

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

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 075125-1~24

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.075125

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermodynamic and transport properties in disordered Kitaev models2020

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

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 054437-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.054437

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational design of f-electron Kitaev magnets: Honeycomb and hyperhoneycomb compounds A2PrO3 (A= alkali metals)2020

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

      Physical Review Materials

      巻: 4 ページ: 104420-1~23

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.4.104420

    • 査読あり
  • [学会発表] 冷却極性分子系でのKitaev量子スピン液体の実現について:汎関数繰り込み群による研究2021

    • 著者名/発表者名
      福井毅勇, 加藤康之, 那須譲治, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] フィードフォワード型ニューラルネットを用いたフェルミオン多体波動関数近似2021

    • 著者名/発表者名
      乾 幸地, 加藤康之, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] キタエフ量子スピン液体の熱ホール伝導度に対する非対角相互作用の効果2021

    • 著者名/発表者名
      大久保毅, 那須譲治, 三澤貴宏, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] キタエフスピン液体における局所的な擾乱がもたらすエニオンの生成と制御2021

    • 著者名/発表者名
      張 成燻, 加藤康之, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] 交代磁場中のキタエフスピン液体が示す熱輸送2021

    • 著者名/発表者名
      仲澤一輝, 加藤康之, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] ハニカム構造をもつイルメナイトイリジウム酸化物MIrO3 (M=Mg, Zn, Mn)の電子状態と磁性2021

    • 著者名/発表者名
      張 成燻, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect and topological Chern number in the Kitaev material α-RuCl32021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kasahara, T. Yokoi, S. Ma, S. Kasahara, T. Shibauchi, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, C. Hickey, S. Trebst, and Y. Matsuda
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Tensor network study of honeycomb lattice Kitaev model2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Okubo
    • 学会等名
      Recent progress in theoretical physics based on quantum information theory
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Majorana fermions in the Kitaev model: past, present, and future2020

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      10th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information
    • 招待講演
  • [学会発表] キタエフ量子スピン液体のダイナミクスに対する乱れの効果2020

    • 著者名/発表者名
      那須譲治, 求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] α-RuCl3のキタエフスピン液体状態における半整数異常熱ホール効果2020

    • 著者名/発表者名
      横井太一, 馬 斯嘯, 笠原裕一, 笠原 成, 芝内孝禎, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求 幸年, C. Hickey, S. Trebst, 松田祐司
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] キタエフ模型におけるスピン伝導2020

    • 著者名/発表者名
      皆川哲哉, 村上雄太, 古賀昌久, 那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] テンソルネットワーク法による拡張キタエフ模型の有限温度物性の解析2020

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] Majorana-mediated spin transport without spin polarization in quantum spin liquids2020

    • 著者名/発表者名
      J. Nasu
    • 学会等名
      2020 KPS fall meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 密度行列のテンソルネットワーク表現による有限温度キタエフ模型の解析2020

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      物性研究所短期研究会 「量子多体計算と第一原理計算の新展開」
  • [学会発表] テンソルネットワーク法による量子スピン系の基底状態計算2020

    • 著者名/発表者名
      大久保毅
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の新展開2020」
    • 招待講演
  • [備考] 求研究室

    • URL

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

  • [備考] 量子スピン液体におけるマヨラナ粒子の創出と制御

    • URL

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

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公開日: 2022-12-28  

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