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2020 年度 実施状況報告書

磁性体における新規輸送現象 ―対称性とトポロジーの観点から―

研究課題

研究課題/領域番号 20K14411
研究機関東京大学

研究代表者

赤城 裕  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20739437)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードトポロジカル相 / トポロジカル不変量 / 指数定理 / 磁性体 / 輸送現象 / 物性理論
研究実績の概要

電子系において提案された結晶の対称性に保護されたトポロジカル結晶絶縁体は、実験的にも観測された。一方、マグノンなどのボゾン系においては電子系トポロジカル相の対応物がいくつか提案されているものの、対称性に保護されたマグノンの表面状態は未だ観測されておらず、理論による候補物質の提案もあまりなされていない。
そこで本年度は、時間反転と空間並進を組み合わせた対称性に保護されたマグノン表面状態を持つ3次元マグノントポロジカル結晶絶縁体の理論的提案を行った。ボゾン系では通常の時間反転対称性はKramers対の存在を保証しないが、時間反転と単位胞の半分の空間並進を組み合わせた対称性の下では波数空間上のある面においてKramers対を生じることに着目することで、上記の相を実現する模型の提案に成功した。空間対称操作のみではなく時間反転操作と組み合わせた“結晶”対称性に由来したトポロジカル相、というのは磁性体ならではの相である。さらに、提案したモデルが磁性体CrI3で実現される可能性があることを明らかにした。また、マグノンは電荷を持たないため通常は電場で駆動することはできないが、この磁性体においては電場によるマグノン流駆動という新規輸送現象が現れることを明らかにした。
本年度はさらに、非可換幾何の手法を用いて、乱れのあるマグノンホール系やZ2マグノントポロジカル系におけるトポロジカル不変量も定義した。トポロジカル相は乱れに強いとされているが、系に乱れがあると波数が定義できないため、相を特徴付けるトポロジカル不変量を定めることは自明ではない。ここでは、ボゾン系における“フェルミ”射影演算子を導入することで上記の手法を拡張した。また、このトポロジカル不変量が実際に乱れに対して頑強であることを、解析的・数値的にも示した。

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

当初の計画にあったマグノントポロジカル結晶絶縁体とその候補物質の提案だけでなく、トポロジーに関連した新しいトピックについても重要な研究成果(磁性体におけるトポロジカル欠陥のダイナミクスに由来した創発現象など)が得られているため。また、マグノントポロジカル系に関するレビュー論文も上梓したため。

今後の研究の推進方策

今年度の順調な研究の進捗状況をふまえて、予定通り2021年度の研究計画を遂行する。また、今年度研究計画に無かった成果を挙げることが出来たため、それらの問題についても深化・発展を図る。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍の影響により、宿泊・交通費の出費が当初の予定より大幅に少なくなったため。
使用計画としては、主に研究遂行に必要なPCやクラスタの購入と国内・国際研究会の出張旅費にあてる。

備考

https://sites.google.com/site/yutakaakagiacademian/

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Joint Institute for Nuclear Research
  • [雑誌論文] Isolated Skyrmions in the CP2 nonlinear sigma model with a Dzyaloshinskii-Moriya type interaction2021

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Akagi, Yuki Amari, Nobuyuki Sawado, Yakov Shnir
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 ページ: 065008-1~13

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.103.065008

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological Invariant for Bosonic Bogoliubov_de Gennes Systems with Disorder2020

    • 著者名/発表者名
      Akagi Yutaka
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 ページ: 123601-1~5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.123601

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-Hermiticity and topological invariants of magnon Bogoliubov-de Gennes systems2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kondo, Akagi Yutaka, Katsura Hosho
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 ページ: 12A104-1~36

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa151

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Topological Invariant for Bosonic Bogoliubov-de Gennes Systems with Disorder2021

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Akagi
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Dirac surface states in topological crystalline magnon insulators2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kondo and Yutaka Akagi
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Equations of motions for spin-1 magnets - a u(3) formalism, suitable to investigate dynamical and thermodynamical properties2021

    • 著者名/発表者名
      Kimberly Remund, Rico Pohle, Yutaka Akagi, Judit Romha_nyi, and Nic Shannon
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 三角格子遍歴磁性体における光誘起スピンスカラーカイラル状態2021

    • 著者名/発表者名
      小野淳, 赤城裕
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] Noncommutative indices for disordered topological phases2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Akagi
    • 学会等名
      Localisation 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子スピン液晶におけるトポロジカル励起と創発現象2020

    • 著者名/発表者名
      赤城裕
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」 C01班公募研究キックオフミーティング
  • [学会発表] Analytical Derivation of Equations of Motion for Spin-1 Magnets2020

    • 著者名/発表者名
      Kimberly Remund, Rico Pohle, Yutaka Akagi, Judit Romha_nyi, and Nic Shannon
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] Numerical Integration of Equations of Motion for Spin-1 Magnets2020

    • 著者名/発表者名
      Rico Pohle, Yutaka Akagi, Kimberly Remund, and Nic Shannon
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] Thue-Morse格子上の電子系のZ2 Berry phaseを用いたトポロジカルな特徴付け2020

    • 著者名/発表者名
      坪田祥一, 赤城裕, 桂法称
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 量子スピン液晶におけるトポロジカル励起とダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      赤城裕
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」 領域研究会

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公開日: 2021-12-27  

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