「Quantum spin liquids: beyond the kagome lattice」
Fabrice BERT 氏

Jul 26, 2018

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Quantum spin liquids: beyond the kagome lattice
講　師　：　Fabrice BERT 博士
　　　　　Spectroscopies des Materiaux Quantiques, Laboratoire　de Physique des Solides,　Orsay, France
日　時　：　平成30年7月26日 (木) 16:30~
場　所　：　北海道大学理学部5号館2階 5-205
共　催　：　第248回エンレイソウの会、物理コロキウム
要　旨　：
Beyond the now archetypal spin liquid material herbertsmithite, we have explored different frustrated structures which open new tracks to tackle the still difficult problem of the Heisenberg antiferromagnetic model on the kagome lattice and/or avoid the also difficult problem of defects. In [NH4]2[C7H14N][V7O6F18], the V4+ ions (d1), with less Jahn-Teller effect compared to Cu2+ (3d9), form a unique S = 1/2 breathing kagome lattice which consists of alternating equilateral triangles, preserving the full frustration of the isotropic model and the spin liquid ground state[1,2]. Combining NMR measurement of the local susceptibility and state-of-the-art series expansion analysis, we could evaluate the ratio J’/J=0.55 for the interactions of the two sets of triangles. In line with recent theoretical results from variational methods and DMRG[3], we found that the spinon excitations are gapless and lead to a metallic-like low T heat capacity in this strong insulator. This experimental study should trigger novel theory approaches of the kagome problem through a J’-> J limit. PbCuTe2O6 emerged recently as a unique example of a Cu2+ (S=1/2) based quantum spin liquid (QSL) with a three dimensional lattice and dominant interactions building up a 3D network of corner sharing triangles, coined “hyperkagome”. We used sub-kelvin magnetization, NMR and muSR to establish the absence of magnetic freezing down to 20mK and the persistence of slow fluctuations [4]. The finite susceptibility at low T suggests a QSL state with a spinon Fermi Surface. A recent inelastic neutron scattering experiment revealed the fractional nature of the magnetic excitations forming a continuum of spinons, thus providing the last important evidence for the spin liquid nature of the ground state [5]. References [1] L. Clark, J.-C. Orain, F. Bert, M.A. De Vries, F.H. Aidoudi, R.E. Morris, P. Lightfoot, J.S. Lord, M.T.F. Telling, P. Bonville, J.P. Attfield, P. Mendels and A. Harrison, Phys. Rev. Lett. 110, 207208 (2013) [2] J.-C. Orain, B. Bernu, P. Mendels, L. Clark, F. H. Aidoudi, P. Lightfoot, R. E. Morris and F. Bert, Phys. Rev. Lett. 118, 237203 (2017) [3] C. Repellin, Y-C He, F. Pollmann, Phys. Rev. B 96, 205124 (2017); Y. Iqbal, D. Poilblanc, R. Thomale, F. Becca, Phys. Rev. B 97, 115127 (2018) [4] P. Khuntia, F. Bert, P. Mendels, B. Koteswararao, A. V. Mahajan, M. Baenitz, F. C. Chou, C. Baines, A. Amato, and Y. Furukawa, Phys. Rev. Lett. 116, 107203 (2016) [5] S. Chillal et al, preprint arXiv:1712.07942

世話人　 井原 慶彦
(yihara@phys.sci.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院理学研究院物理学部門

「TaSe_2における電荷密度波の光誘起ダイナミクス」
池田 達彦 氏

Apr 24, 2018

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　TaSe_2における電荷密度波の光誘起ダイナミクス
講　師　：　池田 達彦 博士
　　　　　東京大学物性研究所
日　時　：　平成30年4月24日 (火) 10:00-11:30
場　所　：　北海道大学工学部A棟A1-70室(物理工学系会議室)

要　旨　：
遷移金属ダイカルコゲナイドは、多彩な電荷密度波(CDW)とそれに伴う格子変形を示す層状の物質群として興味を持たれ、1970年代以降調べられて来た [1]。 近年は時間分解測定技術が発展し、非平衡ダイナミクスの格好の舞台として精力的に研究され、電子と格子の協力現象や異なるCDW間の構造相転移が実験的に明らかにされてきている。1T-TaSe_2は遷移金属ダイカルコゲナイドの中で比較的単純な相図を持ち、約470Kより高温では incommensurate なそれより低温では commensurate なCDWを示すことが知られている。また、commensurate相からincommensurate相への光誘起相転移も観測されている [2]。 本セミナーでは、1T-TaSe_2のCDW相を再現する経験的強束縛模型を構築し、これを用いた光誘起ダイナミクスの理論的研究について発表する。この模型は三角格子上の三軌道模型であり、移動積分の値は我々が行った第一原理計算の結果をフィッティングし決定されている。CDWの理論的取り扱いは大きな単位胞を必要とするため、第一原理計算と強束縛模型を併用する手法が有効である。この模型に格子変形自由度を古典的に導入することで、温度相図を再現し、光誘起ダイナミクスの議論を行う。 参考文献 [1] J. A. Wilson et al., Adv. Phys. 24, 117-201 (1974). [2] S. Sun et al., Phys. Rev. B 92, 224303 (2015). 

世話人　 丹田 聡
(tanda@eng.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門

「分裂するスピン -磁性絶縁体中に創発するマヨラナ粒子-」
求 幸年 氏

Dec 25, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　分裂するスピン -磁性絶縁体中に創発するマヨラナ粒子-
講　師　：　求 幸年 博士
　　　　　東京大学大学院工学系研究科・教授
日　時　：　平成29年12月25日 (月) 18:00-19:00
場　所　：　北海道大学理学部 2号館2-404 室

要　旨　：
強相関電子系ではしばしば新しい量子状態が発現し、その素励起として興味深い性質をもった準粒子が創発する。例えば、磁場中の2次元強相関電子系に現れる分数量子ホール状態では、電子と磁束量子が結合してできる複合粒子が凝縮した新しい量子状態が発現し、その素励起として、分数電荷をもったフェルミ粒子でもボース粒子でもないエニオンと呼ばれる準粒子が創発する。本講演では、こうした強相関創発現象のひとつとして、量子スピン液体状態におけるスピンの分裂現象について論じる。量子スピン液体とは、磁性絶縁体において、強い量子揺らぎによって発現する新規な量子状態である。そこでは、通常の磁気秩序の代わりにトポロジカルな秩序が生じ、電子のもつスピンの自由度が複数の準粒子に分裂する特異な現象が現れる。こうして創発した準粒子は、強い量子的なエンタングルメントをもつため、分数量子ホール状態におけるエニオンと並んで、量子コンピュータ実現の鍵として大きな注目を集めている。本講演では、キタエフ型の量子スピン液体をとり上あげ、そこに現れるスピンの分裂現象と創発されるマヨラナ粒子がもたらす新規な量子現象について議論する。理論的な側面にとどまらず、近年爆発的に進んでいる実験研究についても触れ、理論と実験の現状を概観する。

世話人　 速水 賢
（hayami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484) （実施済）

「有機導体における自由度と相転移 −伝導電子と局在モーメントが織りなす不思議な状態-」
西尾 豊 氏

Dec 18, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　有機導体における自由度と相転移 −伝導電子と局在モーメントが織りなす不思議な状態-
講　師　：　西尾 豊 博士
　　　　　東邦大学理学部
日　時　：　平成29年12月18日 (月) 16:00-17:00
場　所　：　北海道大学理学部2号館2-211室

要　旨　：
有機導体は低温でも様々な自由度が大きな寄与を保っており、多彩な相転移を繰り広げる。分子同士が弱い分子間力によって結ばれているための大きな格子振動、伝導に寄与するπ電子系の狭いバンド幅による大きな自由電子系の自由度と局在化によって現れるスピンの自由度等である。そのなかでもBETS2FeX4系ではこれらの自由度により、超伝導相、絶縁体相、磁気秩序相が共存あるいは競合し、ゼロ磁場では絶縁体反強磁性相が安定化するのに対し、強磁場中では通常抑制される超伝導の発現がみられる。本講演ではこれらの系の特徴的な相転移を熱測定から評価した自由度から解説する。

世話人　 松永 悟明
（mat@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「空間反転対称性の破れた系でのトポロジカル相とスピントロニクス」
村上 修一　氏

Nov 27, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　空間反転対称性の破れた系でのトポロジカル相とスピントロニクス
講　師　：　村上 修一　博士
　　　　　東京工業大学理学院
日　時　：　平成29年11月27日 (月) 16:30-17:30
場　所　：　北海道大学 工学部 応用物理学専攻会議室 (A3-62室)

要　旨　：
固体結晶の多くは空間反転対称性を有しているが、一方で空間反転対称性が破れた結晶もある。本講演では、こうした空間反転対称性が破れた結晶においてのみ実現される、特異なトポロジカル相やスピントロニクスの性質について、最近の研究成果を紹介する。 　スピントロニクスに関しては、例えば物質表面で実現されるラシュバ分裂と呼ばれるスピン分裂が詳しく研究されているが、一方でバルクの結晶構造自身が空間反転対称性を破るものもあり、閃亜鉛鉱型の半導体（GaAs等）や、テルルなどのらせん状の鎖からなる結晶構造などがある。例えばラシュバ分裂を持つ系など反転対称性の破れた系では、電流を流すとスピン偏極が生じるエーデルシュタイン効果がある。本講演では最近我々の予言したエーデルシュタイン効果の変種を２つ[1,2,3]紹介する。１つは軌道エーデルシュタイン効果であり、例えばテルルのようならせん型結晶では、ソレノイドとの類推により、金属の場合に電流を流すと磁化が電流と平行ないし反平行に誘起されるものである[1,2]。もう一つはフォノンの熱エーデルシュタイン効果である。一般の波数におけるフォノンは縦波と横波との混成により一般に回転成分を持ち、角運動量を担う。時間反転対称性を持つ結晶であれば平衡状態でフォノン角運動量の和はゼロであるが、熱流を流すと結晶全体でフォノン角運動量が誘起できることを示した[3]。これを例えばテルルにおいて第一原理計算を行って評価した。 　また、空間反転対称性が破れているときに現れるトポロジカル相というものがあり、例えばワイル半金属がその例である。このワイル半金属の基本的な性質とトポロジーの関係、また物質における実現例について議論する[4,5,6]。 [1] Yoda, Yokoyama, Murakami, Sci. Rep. (2015). [2] Yoda, Yokoyama, Murakami, arXiv:1706.07702. [3] Hamada, Minamitani, Hirayama, Murakami, preprint (2017). [4] Murakami, New J. Phys. 9, 356 (2007) [5] Murakami, Hirayama, Okugawa, Miyake, Sci. Adv. 3, e1602680 (2017) [6] Hirayama, Okugawa, Ishibashi, Murakami, Miyake, PRL 114, 206401 (2015)

世話人　 鈴浦 秀勝

北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)