第一原理計算を用いたトポロジカル物性の機構解明と新物質設計

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
• 研究課題/領域番号: 18H04227
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山内 邦彦 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00602278)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: トポロジカル物質 / 第一原理計算

研究実績の概要

本研究は、B01「トポロジーと対称性」実験班と連携し、角度分解光電子分光(ARPES)で得られたトポロジカル物質の電子構造を解明することを目的として、様々な物質の第一原理電子状態計算を遂行した。研究は予定通りに完遂し、2019年度はトポロジカル物質と超伝導物質との近接効果を調べるため、TlBiSe2上にPb原子層を蒸着した薄膜について実験と共同研究を行い、マヨラナ粒子の発現可能性について議論し、その成果をNature Communications誌に発表した。また、ディラック半金属ZrGeSeのノーダルラインやHfTe2の電子状態の次元性について実験班と共同研究を行い、それぞれ成果をPhysical Review Materials誌、および、Physical Review B誌に発表した。一方で、実験に先駆けた理論先行の新物質設計を進めた。イタリアの理論グループ（Silvia Picozzi教授）との共同研究で、強誘電性を示すスピネル化合物GaMo4S8において新しいスキルミオン相を予測し、成果をPhysical Review B誌に発表した 。阪大博士学生Vu氏およびD01公募班の鈴木通人氏（東北大）との共同研究で、ノンコリニア反強磁性を示すアンチペロブスカイト化合物Mn3PtNにおいて巨大な異常ホール効果を予測し、成果をPhysical Review B誌に発表した 。さらに、マルチフェロイック（反強磁性および焦電性を同時に示す）物質BiCoO3におけるラシュバ効果を予測し、その結果をPhysical Review B誌に発表した。反強磁性体におけるラシュバ効果はほとんど前例がなく、今後この分野の研究が活発になることが期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] CNR-SPIN(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: CNR-SPIN
• [雑誌論文] Conversion of a conventional superconductor into a topological superconductor by topological proximity effect (2020)
  • 著者名/発表者名: C.X. Trang, N. Shimamura, K. Nakayama, S. Souma, K. Sugawara, I. Watanabe, K. Yamauchi, T. Oguchi, K. Segawa, T. Takahashi, Yoichi Ando, and T. Sato
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 159-1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13946-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bulk Rashba effect in multiferroics: A theoretical prediction for BiCoO3 Kunihiko Yamauchi (2019)
  • 著者名/発表者名: Kunihiko Yamauchi, Paolo Barone, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 245115-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.245115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dimensionality reduction and band quantization induced by potassium intercalation in 1T -HfTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakata, K. Sugawara, A. Chainani, K. Yamauchi, K. Nakayama, S. Souma, P.-Y. Chuang, C.-M. Cheng, T. Oguchi, K. Ueno, T. Takahashi, and T. Sato
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 3 ページ: 071001-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.3.071001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for bulk nodal loops and universality of Dirac-node arc surface states in ZrGeXc (Xc = S, Se, Te) (2019)
  • 著者名/発表者名: Takechika Nakamura, Seigo Souma, Zhiwei Wang, Kunihiko Yamauchi, Daichi Takane, Hikaru Oinuma, Kosuke Nakayama, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Tamio Oguchi, Takashi Takahashi, Yoichi Ando, and Takafumi Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 245105-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.245105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topology analysis for anomalous Hall effect in the noncollinear antiferromagnetic states of Mn3AN (A = Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Pd, In, Sn, Ir, Pt) (2019)
  • 著者名/発表者名: Vu Thi Ngoc Huyen, Michi-To Suzuki, Kunihiko Yamauchi, and Tamio Oguchi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 094426-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.094426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible emergence of a skyrmion phase in ferroelectric GaMo4S8 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hui-Min Zhang, Jun Chen, Paolo Barone, Kunihiko Yamauchi, Shuai Dong, and Silvia Picozzi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 214427-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.214427
  • 査読あり / 国際共著