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2014 年度 実績報告書

フラストレート伝導系における新奇な量子輸送現象とダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 24340076
研究機関東京大学

研究代表者

求 幸年  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40323274)

研究分担者 宇田川 将文  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80431790)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード強相関系 / 磁性 / フラストレーション / 量子輸送 / ダイナミクス
研究実績の概要

研究実施計画に沿って研究を進め、以下の研究成果を得た。
(1) 電荷・スピン結合系において、トポロジカルホール効果などの異常な伝導特性をもたらす可能性がある多重Q秩序の安定化機構として、格子構造や次元に依らない、フェルミ面のトポロジーに基づいた普遍的なメカニズムを明らかにした。(2) カイラルな多重Q秩序がもつ特異な表面状態の効果を調べる目的で、解放端をもつ磁気チャーン絶縁体の大規模数値計算を行った。その結果、表面の再構成により表面カイラル電流が増大する振る舞いを見出した。(3) 三角格子と正方格子を連続的につなぐ格子上の近藤格子模型や周期的アンダーソン模型を調べ、3重Qチャーン絶縁体と2重Q半金属状態の間の相転移が生じることを明らかにした。(4) カゴメ格子上のイジングスピンをもつ近藤格子模型に対して、モンテカルロ計算を用いて、部分無秩序状態やループ液体状態における電子状態を詳細に調べた。その結果、特異な磁気構造を反映した共鳴ピークが、状態密度や光学伝導度に現れることを見出した。(5) スピン軌道相互作用が強い系における電子相関の効果として、トロイダル秩序や磁気四極子といった奇のパリティをもった多極子に着目し、伝導系における自発的な空間・時間反転対称性の破れと、それらに伴う新しい量子伝導特性や電気磁気効果を調べた。その結果、トロイダル秩序に伴って現れる磁気伝導と電気磁気効果の複合現象として、新しい異常ホール効果が現れることを見出した。f電子を含むウラン化合物の1種において、現在実験的な検証が進められている。(6) 前項の研究をさらに発展させ、電子系の秩序が引き起こす自発的な空間反転対称性の効果を網羅的に調べた。対称性の議論と数値計算を相補的に用いることで、電荷・スピン・軌道秩序およびそれらの複合秩序が引き起こす新しい電子状態や電気磁気効果を調べ上げた。

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研究内容について着実に成果が得られている(上記「研究実績の概要」の(1)-(4))に留まらず、当該研究をスピン軌道相互作用を含む系に拡張することで、強く関連したトピックとして多極子秩序と絡んだ伝導系に関する重要な研究の進展があったため(「研究実績の概要」の(5), (6))。また、これらの研究成果に関して、学術論文を発表するだけでなく、国内外の学会や会議等で精力的に成果発表を行い、そこで参加者との積極的な議論を通じて、新しい研究展開にもつながっているため。

今後の研究の推進方策

これまでの順調な研究の進捗をふまえて、それらをさらに発展・深化させるとともに、研究計画の最終年度として、本研究計画の取りまとめを行う。そのために、学術論文のとりまとめ、国内外での学会・研究会等での成果発表、ホームページでの情報発信、解説記事の執筆などを精力的に行う。

  • 研究成果

    (55件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 15件、 謝辞記載あり 15件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (37件) (うち招待講演 16件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Exotic magnetic phases in an Ising-spin Kondo lattice model on a kagome lattice2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 ページ: 085110/1-13

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.91.085110

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Topological semimetal-to-insulator phase transition between noncollinear and noncoplanar multiple-Q states on a square-to-triangular lattice2015

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 ページ: 075104/1-9

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.91.075104

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantum spin Hall effect in a two-orbital model on a honeycomb lattice2015

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami, Hiroaki Kusunose, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012131/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/592/1/012131

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface and interface effects on a magnetic Chern insulator2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ozawa, M. Udagawa, Y. Akagi, and Y. Motome,
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012130/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/592/1/012130

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Low-energy Majorana states in spin liquid transitions in a three-dimensional Kitaev model2015

    • 著者名/発表者名
      Joji Nasu, Masafumi Udagawa, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012115/1-7

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/592/1/012115

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Toroidal order in a partially disordered state on a layered triangular lattice: implication to UNi4B2015

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami, Hiroaki Kusunose, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012101/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/592/1/012101

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spontaneous parity breaking in spin-orbital coupled systems2014

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami, Hiroaki Kusunose, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 ページ: 081115(R)/1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.081115

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multiple-Q instability by (d-2)-dimensional connections of Fermi surfaces2014

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 ページ: 060402(R)/1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.060402

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Toroidal order in metals without local inversion symmetry2014

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami, Hiroaki Kusunose, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 ページ: 024432/1-12

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.024432

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reconstruction of Chiral Edge States in a Magnetic Chern Insulator2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ozawa, Masafumi Udagawa, Yutaka Akagi, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 ページ: 073706/1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.073706

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Charge Order with a Noncoplanar Triple-Q Magnetic Order on a Cubic Lattice2014

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami, Takahiro Misawa, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 016016/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.016016

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Linear Spin Wave Analysis for General Magnetic Orders in the Double-Exchange Model2014

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Akagi, Masafumi Udagawa, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 014017/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.014017

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Monte Carlo Study of an Effective Ising Model for the Spin-Ice Type Kondo Lattice Model2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka, Masafumi Udagawa, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 014013/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.014013

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On the Stability of Quantum Hall Kagome-Ice Insulator2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 014010/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.014010

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Invariant Energy Levels and Flat Band Engineering in a Kondo Lattice Model on Geometrically Frustrated Lattices2014

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Udagawa, Hiroaki Ishizuka, and Yukitoshi Motome
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 3 ページ: 014009/1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.014009

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Local Asymmetry and Odd-parity Multipoles in Strongly Spin-orbital Coupled Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      Novel States in Spin-Orbit Coupled Quantum Matter: from Models to Materials
    • 発表場所
      アメリカ、サンタバーバラ
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-31
  • [学会発表] Anomalous Hall Effects in Spin-Charge Coupled Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      Advanced Working Group on Itinerant Frustration (AWGIF) 3-day meeting
    • 発表場所
      イギリス、ケンブリッジ
    • 年月日
      2015-07-20 – 2015-07-22
  • [学会発表] Thermodynamics of Quantum Spin Liquids: Fractionalization into Majorana Fermions and Novel Phase Transitions2015

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      Workshop on “Topological Magnets"
    • 発表場所
      埼玉県、理化学研究所
    • 年月日
      2015-05-25 – 2015-05-27
  • [学会発表] Quantum Monte Carlo study of Kitaev spin liquids2015

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      SPICE-Workshop on Computational Quantum Magnetism
    • 発表場所
      ドイツ、マインツ
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-26
    • 招待講演
  • [学会発表] 巨大負熱膨張物質BiNiO3における金属間電荷移動と絶縁体 金属転移の理論2015

    • 著者名/発表者名
      中 惇
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] トロイダル秩序系における集団励起2015

    • 著者名/発表者名
      速水 賢
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] パリティ混成のあるd-p模型における軌道秩序と特異な電子状態2015

    • 著者名/発表者名
      杉田悠介
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 混合原子価スピネルにおける電荷スピン軌道ゆらぎに対する一般化感受率のRPA解析2015

    • 著者名/発表者名
      上原 周
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] カイラルスピン液体の有限温度相転移2015

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Spin Scalar Chiral Stripes in the Kondo Lattice Model on a Square Lattice2015

    • 著者名/発表者名
      小澤 遼
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 準周期系におけるランダムネスと電子相関の効果に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      三條東彦
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] 領域8, 領域3合同シンポジウム, "スピン軌道物理の新展開 - Kitaev型異方的相互作用が創出する新奇な物性" 趣旨説明2015

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] スピン液体の量子モンテカルロ計算:perturbed toric codeの液相 固相転移2015

    • 著者名/発表者名
      紙屋佳知
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      東京都、早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Fractionalization of quantum spins into Majorana fermions, and beyond2015

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      物性理論・統計力学セミナー2015
    • 発表場所
      神奈川県、ラフォーレ倶楽部箱根強羅
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Fermi Surface Induced Scalar Chiral Stripes in the Kondo Lattice Model on a Square Lattice2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Ozawa
    • 学会等名
      APS March Meeting 2015
    • 発表場所
      アメリカ、サンアントニオ
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
  • [学会発表] スピン液体とトポロジー:局所拘束条件と局所保存量の観点から2014

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      基礎物理学研究所研究会「量子多体系研究の新しい潮流 - テンソルネットワーク・繰り込み群・エンタングルメント -」
    • 発表場所
      京都府、京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Vaporization of Kitaev spin liquids2014

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      Frontiers in Condensed Matter Physics
    • 発表場所
      韓国、ソウル
    • 年月日
      2014-12-09 – 2014-12-12
    • 招待講演
  • [学会発表] スピン軌道相互作用に起因した特異な磁性と伝導現象 - トロイダル金属が示す新しい量子伝導 -2014

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      物性ワークショップ「強くスピン軌道相互作用した強相関電子系における新奇量子相と量子現象」
    • 発表場所
      福岡県、九州工業大学
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-22
    • 招待講演
  • [学会発表] パイロクロア伝導系のトポロジカル欠陥2014

    • 著者名/発表者名
      宇田川 将文
    • 学会等名
      物性ワークショップ「強くスピン軌道相互作用した強相関電子系における新奇量子相と量子現象」
    • 発表場所
      福岡県、九州工業大学
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel routes for monopole freezing in spin ice2014

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Udagawa
    • 学会等名
      YITP Long-term Workshop: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
    • 発表場所
      京都府、京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-12-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Vaporization in quantum spin liquids2014

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      YITP Long-term Workshop: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
    • 発表場所
      京都府、京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      2014-11-04 – 2014-12-05
    • 招待講演
  • [学会発表] 遍歴電子系における特異な磁性と電子状態 - 多重Q秩序,ディラック電子,磁気的なトポロジカル絶縁体 -2014

    • 著者名/発表者名
      速水 賢
    • 学会等名
      日本物理学会北海道支部講演会
    • 発表場所
      北海道、北海道大学
    • 年月日
      2014-10-28 – 2014-10-28
    • 招待講演
  • [学会発表] Toroidal order in metals without local inversion symmetry2014

    • 著者名/発表者名
      Satoru Hayami
    • 学会等名
      Swiss-Japan Workshop 2014: Trends in Theory of Correlated Materials
    • 発表場所
      東京都、青山学院大学
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-08
    • 招待講演
  • [学会発表] パイロクロア伝導系のトポロジカル欠陥2014

    • 著者名/発表者名
      宇田川 将文
    • 学会等名
      研究環「特異な結晶構造に創出する新奇量子相の解明」第2回研究会
    • 発表場所
      東京都、首都大学東京
    • 年月日
      2014-09-26 – 2014-09-26
  • [学会発表] Kitaev模型の熱力学的性質とそのギャップ構2014

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 局所的なパリティ混成をもつ拡張近藤格子模型における磁気秩序2014

    • 著者名/発表者名
      速水 賢
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] スピン軌道結合系における自発的な空間反転対称性の破れ2014

    • 著者名/発表者名
      速水 賢
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 遍歴電子系における非共線・非共面磁気秩序の新しい安定化機構2014

    • 著者名/発表者名
      速水 賢
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] スピネル酸化物におけるスピン軌道相互作用と結晶場分裂:一般化感受率のRPA解析2014

    • 著者名/発表者名
      上原 周
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] All-in/All-out型磁性体における電流によるドメイン生成2014

    • 著者名/発表者名
      宇田川将文
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 3次元Kitaev模型における量子スピン液体の有限温度相転移2014

    • 著者名/発表者名
      那須譲治
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      愛知県、中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] On the vaporization of Kitaev quantum spin liquids2014

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      13th Bilateral German-Japanese Symposium: Interplay of Spin- and Orbital Degrees of Freedom in Strongly Correlated Electron Systems
    • 発表場所
      ドイツ、リングベルク
    • 年月日
      2014-07-13 – 2014-07-16
    • 招待講演
  • [学会発表] How does the Kitaev spin liquid evaporate?2014

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      The International Conference on Highly Frustrated Magnetism (HFM 2014)
    • 発表場所
      イギリス、ケンブリッジ
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Domain wall creation by electric current in All-in/All-out magnets2014

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Udagawa
    • 学会等名
      ISSP International Workshop on New Horizon of Strongly Correlated Physics
    • 発表場所
      東京都、東京大学物性研究所
    • 年月日
      2014-06-16 – 2014-07-04
    • 招待講演
  • [学会発表] Vaporization of a quantum spin liquid2014

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi Motome
    • 学会等名
      ISSP International Workshop on New Horizon of Strongly Correlated Physics
    • 発表場所
      東京都、東京大学物性研究所
    • 年月日
      2014-06-16 – 2014-07-04
    • 招待講演
  • [学会発表] All-in/all-out 絶縁体の磁壁における磁性と電子状態2014

    • 著者名/発表者名
      求 幸年
    • 学会等名
      CMRCミニ研究会「5d遷移金属化合物における金属-絶縁体転移」
    • 発表場所
      茨城県、高エネルギー加速器研究機構
    • 年月日
      2014-06-11 – 2014-06-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Transport theory of pyrochlore conductors2014

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Udagawa
    • 学会等名
      OIST International Workshop on Novel Quantum Materials and Phases (NQMP 2014)
    • 発表場所
      沖縄県、沖縄科学技術大学院大学
    • 年月日
      2014-05-14 – 2014-05-17
    • 招待講演
  • [備考] 求研究室「トピック」

    • URL

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

  • [備考] 求研究室「出版論文」

    • URL

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

  • [備考] 求研究室「口頭発表」

    • URL

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

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公開日: 2016-06-01  

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