2018 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical research of odd-parity multipole order and its fluctuation in itinerant electron systems
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18J23115
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
渡邉 光 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 多極子秩序 / 交差応答 / 群論 / スピントロニクス / 強相関電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は多極子秩序系、とりわけ反転対称性を破る奇パリティ多極子秩序系が示す物性応答の理論的解明を狙いとしている。先行研究においても奇パリティ多極子秩序系の探索が行われており、物質の持つ電気・磁気あるいは弾性が絡み合った交差応答の可能性が示されてきたが、個別のモデルを用いたケーススタディに留まっていた。
そこで本年度は、奇パリティ多極子秩序に特徴的な物性に関する体系的な理解を得るために、群論的技法を用いた多極子秩序系の分類学の構築を行った。これによって、スピン・運動量結合や電子バンドの反対称性など特異な電子状態が奇パリティ多極子秩序と対応付けられること、この対応から電気・磁気などの様々な物性が絡み合った交差応答が体系的に理解されることを明らかにした。これらの成果に加え、奇パリティ多極子秩序系の候補となる物質を多数同定し、これら物質群において現れうる交差応答を予言することができた。以上の成果はPhysical Review B誌にて出版済である。
さらに上記の結果を応用することで、近年注目を集めている反強磁性体スピントロニクスの分野に重要な貢献を果たした。反強磁性体スピントロニクスの研究においては、反強磁性体の電気的制御が重要な課題であり、制御可能性に関する基準・指針を明らかにすることが求められていた。本研究では対称性の観点から、そのような制御可能性が奇パリティ多極子秩序の一つである磁気トロイダルと密接に関連していることを明らかにした。結果として、多くの反強磁性体が反強磁性体スピントロニクス分野に応用可能であることを示した。この成果はPhysical Review B誌にて出版されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多極子秩序系、特に奇パリティ多極子秩序系に特徴的な電子状態や交差応答の体系的な理解を与えたことは本年度の重要な成果である。この成果においては、先行研究で行われてきたケーススタディを包括するだけでなく、多くの候補物質を同定にも成功しており、多極子秩序の実験的解明に向けた今後の物質探索を強力に後押しするものと考えられる。また、これらに付随して、反強磁性スピントロニクス分野においても重要な貢献をするなど、物性物理の分野に広くインパクトを与えることができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究により同定できた奇パリティ多極子秩序系の候補物質を例にとり、その物性応答の定量的評価を目指す。具体的には、これまでに得られている対称性に基づく物性応答の体系的な理解と、第一原理計算などの手法を組み合わせることで解析を進め、多極子秩序系の実験的解明をさらに推し進めていく予定である。また本成果によって、反強磁性スピントロニクスのような他分野との関連も明らかとなったため、これまでの多極子秩序系に関する知見を生かすことで分野横断的な研究も可能な範囲で行っていきたい。
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