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2023 年度 実施状況報告書

くりこみ群による構造因子最適化理論によるカゴメ金属の研究

研究課題

研究課題/領域番号 22K14003
研究機関京都大学

研究代表者

田財 里奈  京都大学, 基礎物理学研究所, 助教 (10880023)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
キーワードカゴメ超伝導 / 後方散乱 / 電荷ループ秩序 / ウムクラップ散乱 / van hove singularity
研究実績の概要

2019年のカゴメ超伝導体AV3Sb5の発見を契機に、遍歴フラストレーション電子系の研究への道が開かれた。本物質では、電子が結晶の対称性を自発的に破って非一様な分布を示すボンド秩序や、自発的な時間反転対称性の破れの秩序である電荷ループ秩序など、様々な量子相転移相が提案されているが、相図の微視的機構は未解明問題である。

研究代表者は、3つのサブラティスの自由度に由来した3つのvan hove singularity(vHS)に着目して、電子系の多体効果を考慮して、カゴメ超伝導体の相図の解析をおこなった。特に、低次元系での電子散乱の分類理論であるg-ologyを基に、vHS間の散乱チャンネルを分類し、ボンド秩序や電荷ループ秩序が、多体効果による有効ウムクラップ散乱や後方散乱の増大であるというミクロな発現機構を見出した。2023年度には、ナノスケールの電荷ループ秩序の理論の研究をおこなった。

また、本年度に京大グループの磁気トルクの実験により、130Kという高温で磁気秩序を伴わない時間反転対称性の破れが観測されたが、この理論的な機構は未解明問題であった。そこで研究代表者らは、実験グループと協力して、この時間反転対称性の破れの起源の解析をおこなった。その結果、高温での1方向性(1Q)電荷ループ秩序の発生と、面内磁場が誘起する電荷ループ秩序の一次相転移の機構を提唱した。また、小さな磁場によって電荷ループ秩序が強く増強されるという理論解析の結果を見出し、今後の実験の足掛かりとなることが期待される。

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

今年度は、相図の微視的機構の構築を行う予定であったが、更に一歩進んで、電荷ループ秩序がもたらす輸送現象の研究までおこなった。これまでに、電場の2次に比例した電圧V(2ω)が面直磁場の向きによって符号を変えるという結果が、実験によって観測されているが、その微視的導出は不十分であった。代表者らは、電荷ループ秩序の秩序変数を考慮した非相反電気伝導度の解析を行うことで、面直磁場によって符号反転するV(2ω)の解析的な導出まで行うことができた。

今後の研究の推進方策

最近、低温における非常に大きな熱ホール伝導度が観測され、カゴメ超伝導体の特異な時間反転対称性の破れの状態やとの関係の解明が望まれている。よって今後の研究方針としては、今年度とりかかった非相反伝導度の解明と共に、熱ホール伝導度の解析も行って、その研究成果を発表する方針である。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額が生じた理由は、Covid19による出張の減少に伴って、
先行する他の科研費(研究スタート支援:2022年3月までの予算であるが、2023年3月まで繰り越した)が余っていたため、2023年度は研究スタート支援の繰り越し分を優先的に使った為。次年度使用額は、研究会参加(6月イタリア・3月アメリカ)や大規模計算機購入(100万円ほど)として使用予定。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Drastic magnetic-field-induced chiral current order and emergent current-bond-field interplay in kagome metals2024

    • 著者名/発表者名
      Tazai Rina、Yamakawa Youichi、Kontani Hiroshi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 121 ページ: 2845-2853

    • DOI

      10.1073/pnas.2303476121

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence for an odd-parity nematic phase above the charge-density-wave transition in a kagome metal2024

    • 著者名/発表者名
      Asaba T.、Onishi A.、Kageyama Y.、Kiyosue T.、Ohtsuka K.、Suetsugu S.、Kohsaka Y.、Gaggl T.、Kasahara Y.、Murayama H.、Hashimoto K.、Tazai R.、Kontani H.、Ortiz B. R.、Wilson S. D.、Li Q.、Wen H. -H.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 20 ページ: 40~46

    • DOI

      10.1038/s41567-023-02272-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] カゴメ金属AV3Sb5における電荷秩序・超伝導・時間反転対称性の破れの起源2024

    • 著者名/発表者名
      田財里奈, 山川洋一,大成誠一郎, 紺谷浩
    • 学会等名
      日本物理学会 年次大会
  • [学会発表] Mechanism of Loop Current Order in Kagome metals AV3Sb52024

    • 著者名/発表者名
      Rina Tazai, Youichi Yamakawa, Hiroshi Kontan
    • 学会等名
      APS march meeting 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Chiral Current Order and Magnetization in Kagome Metal2023

    • 著者名/発表者名
      Rina Tazai, Youichi Yamakawa, Hiroshi Kontan
    • 学会等名
      QMT 202
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mechanism of Various Condensation in Metal Loop Current and Bond Order2023

    • 著者名/発表者名
      田財里奈, 山川洋一, 紺谷浩
    • 学会等名
      研究会 対相関から対凝縮相への微視的アプローチ
    • 招待講演
  • [学会発表] カゴメ超伝導体における 新奇な多重量子相転移相の理論研究2023

    • 著者名/発表者名
      田財里奈, 山川洋一, 大成誠一郎, 紺谷浩
    • 学会等名
      基研 超伝導研究会 2023
    • 招待講演
  • [学会発表] 電荷秩序・ループ電流・超伝導の発現機構多重相転移の包括的理解2023

    • 著者名/発表者名
      田財里奈, 山川洋一, 紺谷浩
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会

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公開日: 2024-12-25  

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