固体中のディラック電子

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24244053
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小形 正男 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60185501)
• 研究分担者: 福山 秀敏 東京理科大学, 理学部, 教授 (10004441) ; 鈴村 順三 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (90108449) ; 小林 晃人 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80335009) ; 河野 浩 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10234709) ; 伏屋 雄紀 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (00377954) ; 遠山 貴巳 京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (70237056) ; 森成 隆夫 京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 准教授 (70314284) ; 多々良 源 独立行政法人理化学研究所, 理工学研究科, チームリーダー (10271529) ; 松浦 弘泰 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40596607)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ディラック電子

研究概要

本研究課題は、ディラック電子系のうちバルク測定が可能な物質について理論的な研究を行い、実験との比較検証も通してディラック電子系に普遍的な性質を探求することを目的としている。この目的のために以下の研究がすすめられた。
１）分子性導体α-(BEDT-TTF)2I3について、（１）サイト表示RPAを用いたスピン揺らぎの解析（２）加圧によるディラック点の変化（３）ディラック点が存在する条件（４）強磁場下でのホール効果（５）格子欠陥がある場合の電子状態や帯磁率の異常、などの諸点について研究を行った。
２）ディラック電子系を実現しているビスマスを念頭に、（１）ディラック電子の有効モデルであるWolffモデルにおいてスピンホール伝導度を久保公式に基づいて計算し、それが軌道磁化率と明確な関係があることを見出した。また（２）ビスマスの角度分解量子振動スペクトルを拡張ディラック模型に基づき解析した。
３）ディラック電子が出現する鉄系高温超伝導体の反強磁性金属状態における、電気抵抗の面内異方性の特徴を考察した。またC3PbOの関連物質であるBa3SnOに対して、第一原理計算に基づく電子状態の詳細な解析を行い、Ba3SnOにおいては２つのディラック点が近接して現れることを見出した。
４）スピン軌道相互作用が生む特異な現象として、（１）界面で発生する強いRashba型スピン軌道相互作用が、磁性と電気伝導特性に与える効果を解析した。また（２）トポロジカル絶縁体の表面状態を強磁性にした系を念頭におき、２次元ディラック強磁性体における電流と磁化の相互作用を微視的に調べた。

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

各グループは理論による研究を順調に続けている。またこの科研費に参加している理論研究者を中心に、関連する理論研究者および関連物質の実験研究者を招いて今年度2回研究会を行った。研究会を通して、参加研究者同士の共同研究や実験結果の説明に向けて新たな研究が始まった。
また国際会議にも多数参加し、ディラック電子に関する研究が進展していることを海外に向けて発信した。研究課題ではポスドクを雇用することを計画していたが、ロシアからの若手の優秀な研究者を研究グループに迎え入れることができた。

今後の研究の推進方策

引き続き各グループの研究を続けるとともに、これまで共同研究がなかった者同士の共同研究を開始したり、実験との比較を精力的に行うようにしたい。また、今後も引き続き関連する理論研究者および関連物質の実験研究者を招いた研究会を行う。また国際会議にも参加し海外へ発信を続ける。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanism of Dirac Point in α-Type Organic Conductor under Pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzumura, T. Morinari and F. Piechon
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 023708-1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.82.023708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dirac Electron in Organic Conductor α-(BEDT-TTF)2I3 with Inversion Symmetry (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Piechon and Y. Suzumura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 033703-1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.82.033703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dirac electrons in solids, (2012)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Fukuyama, Yuki Fuseya, Masao Ogata, Akito Kobayashi, Yoshikazu Suzumura,
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 407 ページ: 1943-1947
  • DOI: doi:10.1016/j.physb.2012.01.071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of Dirac Electrons in Organic Conductors (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzumura and A. Kobayashi,
  • 雑誌名: Crystals 巻: 2 ページ: 266-283
  • DOI: doi:10.3390/cryst2020266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-Hall Effect and Diamagnetism of Dirac Electrons (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Fuseya, M. Ogata and H. Fukuyama,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 093704-1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1143/JPSJ.81.093704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of Defect-Induced Kondo Effect in Graphene: Numerical Renormalization Group Study (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kanao, H. Matsuura, and M. Ogata
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 063709-1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1143/JPSJ.81.063709
  • 査読あり
• [雑誌論文] Landau spectrum and twin boundaries of bismuth in the extreme quantum limit (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhu, B. Fauque, L. Malone, A. B. Antunes, Y. Fuseya and K. Behnia,
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 109 ページ: 14813-14818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monopoles in ferromagnetic metals (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Tatara, A. Takeuchi, N. Nakabayashi, and K. Taguchi,
  • 雑誌名: J. Korean Phys. Soc. 巻: 61 ページ: 1331-1348
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast magnetic vortex core switching driven by topological inverse Faraday effect (2012)
  • 著者名/発表者名: Katsuhisa Taguchi, Jun-ichiro Ohe and Gen Tatara,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 127204-1-5
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.127204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological charge pumping effect by the magnetization dynamics on the Surface of Three-Dimensional Topological Insulators (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki T. Ueda, Akihito Takeuchi, Gen Tatara, Takehito Yokoyama,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 115110-1-6
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.85.115110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Damping Monopole (2012)
  • 著者名/発表者名: Akihito Takeuchi, Gen Tatara
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 033705-1-4
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1143/JPSJ.81.064701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Energy Effective Hamiltonian and the Surface States of Ca3PbO (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kariyado and M. Ogata,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 064701-1-11
  • DOI: DOI: http://dx.doi.org/10.1143/JPSJ.81.064701
  • 査読あり
• [学会発表] “ビスマス量子極限における”additional peak”構造の起源” (2013)
  • 著者名/発表者名: 伏屋雄紀，Z. Zhu, B. Fauque, L. Malone, A. B. Antunes, K. Behnia
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “ビスマスにおけるスピン（磁気モーメント）ゼーベック効果” (2013)
  • 著者名/発表者名: 小形正男、伏屋雄紀、福山秀敏
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “分子性導体α-(BEDT-TTF)2I3のディラック電子状態における代数的構造” (2013)
  • 著者名/発表者名: 森成隆夫、鈴村順三
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “α型有機導体におけるディラック点” (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴村順三、森成隆夫 、F. Piechon
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “ディラック電子系α-(BEDT-TTF)2I3における欠陥誘起ゼロエネルギー局在状態” (2013)
  • 著者名/発表者名: 金尾太郎、松浦弘泰、小形正男
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “ディラック分散を持つ電子系の超伝導と「スピン」輸送” (2013)
  • 著者名/発表者名: 溝口知成、小形正男
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “ディラック強磁性体の秩序変数：自己無撞着方程式による解析” (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤本純治, 河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “スピントルク及びスピン起電力の微小振幅による方法による微視的解析- ラシュバ型スピン軌道相互作用を伴う系-” (2013)
  • 著者名/発表者名: 酒井章雄, 河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] “Coexistence of Antiferromagnetism and Superconductivity in Bilayer Cuprates and Iron Arsenides” (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tohyama, H. Yoshizumi, Y. Matsui, T. Morinari
  • 学会等名: APS March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore (USA)
  • 年月日: 20130311-20130315
• [学会発表] “Derivation of Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Metallic Chiral Magnet CrNb3S6” (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuura
  • 学会等名: The Yonsei-Todai Joint Workshop 2013
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 20130219-20130219
  • 招待講演
• [学会発表] “Theory of Defect-Induced Kondo Effect in Graphene: Role of Defect-Induced Zero-Energy Localized State” (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kanao, H. Matsuura, and M. Ogata:
  • 学会等名: QS2C Theory Forum: International Symposium on “Strongly Correlated Quantum Science”
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 20130126-20130129
• [学会発表] “Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator - case of skew scattering –“ (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: The 13th Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府）
  • 年月日: 20130115-20130117
• [学会発表] “Defect-Induced Zero-Energy Localized State in α-(BEDT-TTF)2I3” (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kanao, H. Matsuura, and M. Ogata
  • 学会等名: GCOE International Symposium on Physical Sciences Frontier
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 年月日: 20121208-20121209
• [学会発表] ”Dirac Electrons in Organic Conductors under Pressure” (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzumura:
  • 学会等名: International Symposium on Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom
  • 発表場所: フェニックスシーガイアリゾート(宮崎県）
  • 年月日: 20121201-20121204
  • 招待講演
• [学会発表] “Defect-Induced Zero-Energy Localized State in α-(BEDT-TTF)2I3” (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kanao, H. Matsuura, and M. Ogata
  • 学会等名: Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom
  • 発表場所: フェニックスシーガイアリゾート(宮崎県）
  • 年月日: 20121201-20121204
• [学会発表] “Magnetic monopole induced by spin-orbit interaction in ferromagnetic metals” (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Tatara:
  • 学会等名: WPI-AIMR workshop Topological Functional Materials and Devices
  • 発表場所: 東北大学(宮城県）
  • 年月日: 20121130-20121201
  • 招待講演
• [学会発表] ”Exotic states of Dirac electrons in organic conductors” (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzumura
  • 学会等名: International School and Symposium on Multifunctional Molecule-based Materials
  • 発表場所: Durham（United Kingdom)
  • 年月日: 20120923-20120929
  • 招待講演
• [学会発表] “分子多軌道模型における新規ディラック電子の可能性” (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮原和之、土射津昌久、小林晃人
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “α型BEDT-TTF塩のDirac電子系における次近接相互作用の効果” (2012)
  • 著者名/発表者名: 大森有希子、小林晃人
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “ビスマスにおけるディラック電子のスピンホール効果” (2012)
  • 著者名/発表者名: 伏屋雄紀、小形正男、福山秀敏
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “有機導体ディラック電子系における試料端効果と磁気抵抗” (2012)
  • 著者名/発表者名: 森成隆夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “グラフェンの欠陥誘起近藤効果における磁場効果” (2012)
  • 著者名/発表者名: 金尾太郎、松浦弘泰、小形正男
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “カイラル磁性体CrNb3S6 の微視的模型の導出” (2012)
  • 著者名/発表者名: 松浦弘泰、獅子堂達也、岸根順一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “ディラック強磁性体の輸送係数 II” (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤本純治，河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] “Spin-transport phenomena of Dirac electrons in bismuth” (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Fuseya
  • 学会等名: Swiss-Japan Workshop 2012
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県）
  • 年月日: 20120911-20120913
  • 招待講演
• [学会発表] "Dirac electrons in the antiferromagnetic phase of iron-arsenide superconductors" (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tohyama
  • 学会等名: WPI-AIMR Mini Workshop “A route to high Tc superconductivity"
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
  • 年月日: 20120903-20120903
• [学会発表] "Transport properties of Dirac Ferromagnet" (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Fujimoto, H. Kohno
  • 学会等名: The 7th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors
  • 発表場所: Eindhoven (Netherland)
  • 年月日: 20120805-20120809
• [学会発表] “Theory of Defect-induced Kondo Effect in Graphene” (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kanao, H. Matsuura, and M. Ogata
  • 学会等名: The 31st International Conference on the Physics of Semiconductor
  • 発表場所: Zurich (Switzerland)
  • 年月日: 20120729-20120803
• [学会発表] “Theory of Defect-induced Kondo Effect in Graphene: Numerical Renormalization Group Study” (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kanao, H. Matsuura, and M. Ogata
  • 学会等名: The 20th International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics
  • 発表場所: Chamonix (France)
  • 年月日: 20120722-20120727
• [学会発表] “Spin Hall effect and large diamagnetism in bismuth'” (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ogata, Y. Fuseya, and H. Fukuyama
  • 学会等名: 12th Japanese-German Symposium “Emergent Phenomena in Novel Quantum Phases of Condensed Matter''
  • 発表場所: 修善寺ラフォーレリゾート(静岡県）
  • 年月日: 20120714-20120717
• [学会発表] “Microscopic Calculation of Thermal Spin Torques” (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kohno
  • 学会等名: Spin Caloritronics 4
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
  • 年月日: 20120603-20120605
  • 招待講演
• [学会発表] “Microscopic theory of current-spin interaction in ferromagnets with Rashba-type spin-orbit coupling” (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kohno
  • 学会等名: International Symposium on the Dynamics of Domain Walls
  • 発表場所: Hamburg (Germany)
  • 年月日: 20120530-20120601
  • 招待講演
• [学会発表] “Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator” (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
  • 年月日: 20120516-20120520