強相関領域における新奇トポロジカル電子相の探索

在强相关区域中寻找新的拓扑电子相

• 批准号: 20J21312
• 负责人: 山田 林介
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21312/
• 关键词: 強相関電子系; ディラック半金属; 量子極限; 擬一次元; 巨大磁気抵抗; 電荷密度波

電子相関効果の強い領域におけるディラック電子の振舞いを明らかにするために、強相関ディラック半金属であるペロブスカイトCaIrO3を対象として研究を行った。本年度は、特に強相関ディラック電子の量子極限における振舞いに着目した。単結晶CaIrO3を用いて、磁場を結晶軸のa軸とc軸にかけた際の縦磁気抵抗(B//I)を測定した。B//aの配置においてディラック電子は6 T程度で量子極限に到達し、10 T以上において抵抗は急激に増大し、18 Tピークを取る巨大な磁気抵抗を示した。この巨大磁気抵抗がディラック電子の量子極限における密度波の形成と関連している可能性については、本年度出版された論文[R. Yamada, npj Quantum Mater. (2022)]にまとめた。一方で、B//cの配置では、ディラック電子はより低磁場の1 T付近で量子極限に到達し、磁気抵抗は6 T付近でピーク構造を示した。磁気抵抗比の大きさはa軸の場合と比較して一桁程度小さな値となっており、B//cの量子極限では密度波の形成が強く抑制される可能性が示唆される。さらに、理化学研究所との共同研究により、CaIrO3のラインノード近傍のバンド構造のランダウ準位の数値計算を行った。その結果、量子極限における磁気抵抗の異方的な振舞いが、量子極限における電荷密度波のモデルを用いて定性的に説明できることがわかった。以上の研究により、強相関領域におけるディラック電子は磁場による閉じ込め効果によって電荷/スピン密度波を引き起こす可能性が明らかになった。本研究で見出されたディラック電子による秩序相の形成は、電子相関効果により新奇トポロジカル相が生じる可能性を示唆しており、今後の本分野の研究の発展に寄与すると考えられる。

为了阐明狄拉克电子在强电子关联效应区域的行为，我们对强关联狄拉克半金属钙钛矿CaIrO3进行了研究。今年，我们特别关注强关联狄拉克电子在量子极限下的行为。使用单晶 CaIrO3，我们测量了对 a 和 c 晶轴施加磁场时的纵向磁阻 (B//I)。在B//a构型中，狄拉克电子在6 T左右达到量子极限，电阻在10 T以上迅速增加，表现出峰值为18 T的巨大磁阻。今年发表的一篇论文总结了这种巨磁阻与狄拉克电子量子极限内密度波的形成有关的可能性 [R. Yamada, npj Quantum Mater (2022)]。另一方面，在 B//c 配置中，狄拉克电子在 1 T 左右的较低磁场下达到量子极限，磁阻在 6 T 左右呈现峰值结构。磁阻比的大小大约比a轴的磁阻比小一个数量级，这表明密度波的形成可能在B//c量子极限内被强烈抑制。此外，通过与RIKEN的联合研究，我们数值计算了CaIrO3线节点附近能带结构的朗道能级。结果，我们发现量子极限下磁阻的各向异性行为可以使用量子极限下的电荷密度波模型来定性解释。上述研究表明，强相关区的狄拉克电子可能由于磁场的限域效应而产生电荷/自旋密度波。本研究中发现的狄拉克电子有序相的形成表明，由于电子相关效应而产生新型拓扑相的可能性，预计将有助于该领域研究的未来发展。

项目成果

強相関ディラック半金属CaIrO3における巨大横磁気抵抗のキャリア密度依存性

强相关狄拉克半金属CaIrO3中巨横向磁阻的载流子密度依赖性

• 发表时间: 2020
• 作者: 山田林介、藤岡淳;川村稔;大川達也;酒井志郎;平山元昭;有田亮太郎;橋爪大輔;星野学;十倉好紀
• 通讯作者: 十倉好紀

Dirac polaron dynamics in the correlated semimetal of perovskite CaIrO3

• DOI: 10.1103/physrevb.103.l041109
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: J. Fujioka;R. Yamada;T. Okawa;Y. Tokura

Field-induced multiple metal-insulator crossovers of correlated Dirac electrons of perovskite CaIrO3

• DOI: 10.1038/s41535-021-00418-2
• 发表时间: 2021-08
• 期刊: npj Quantum Materials
• 影响因子: 5.7
• 作者: R. Yamada;J. Fujioka;M. Kawamura;S. Sakai;M. Hirayama;R. Arita;T. Okawa;D. Hashizume;T. Sato;F. Kagawa;R. Kurihara;M. Tokunaga;Y. Tokura

Giant magnetoresistance in the quantum limit of correlated Dirac semimetal CaIrO3

相关狄拉克半金属CaIrO3量子极限下的巨磁阻

• 发表时间: 2020
• 作者: R. Yamada;J. Fujioka;M. Kawamura;S. Sakai;M. Hirayana;R. Arita;T. Okawa;D. Hashizume;T. Sato;F. Kagawa;R. Kurihara;M. Tokunaga and Y. Tokura
• 通讯作者: M. Tokunaga and Y. Tokura

強相関ディラック半金属CaIrO3の量子極限における擬一次元状態

强相关狄拉克半金属CaIrO3量子极限中的准一维态

• 发表时间: 2020
• 作者: 山田林介、藤岡淳;川村稔;大川達也;酒井志郎;平山元昭;有田亮太郎;橋爪大輔;星野学;栗原綾佑;徳永将史;十倉好紀
• 通讯作者: 十倉好紀