Dynamics of topological phases emerging from electron correlation

电子关联中出现的拓扑相动力学

基本信息

批准号：
22K03508
负责人：
諏訪秀麿
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

電荷・スピン・軌道自由度のエンタングルメントがもたらす新奇現象は物性物理学における大きな研究テーマである。特に、スピン軌道結合由来のトポロジカルな性質と、電子相関から生じる磁性が互いにどう影響するかは重要な問題となっている。その物理的機構を解明するための基礎モデルとなるのがSU(2)ゲージ場を持つハバード模型である。ハバード模型は電子相関効果を記述する最も代表的なモデルであり、スピン軌道結合の効果はSU(2)ゲージ場を通じて現れる。この模型の応答や励起構造を既存手法で計算することは容易でなく、計算手法の開発が求められていた。そこで我々は準古典近似を用いてこの模型のダイナミクスを計算する手法を開発し、動的スピン構造因子等の高精度計算を可能とした。SU(2)ゲージ場を持つハバード模型は、5d軌道電子系であるイリジウム酸化物薄膜の物性をよく記述すると期待される。我々は実験家との共同研究を通じて、擬二次元系である薄膜物質(SrIrO3)1/(CaTiO3)1の応答を調べた。この物質では、酸素イオン八面体の傾きによる電子バンドの非自明なベリー曲率と、それに伴う異常ホール効果が生じる。我々はホール伝導度測定と共鳴非弾性X線散乱実験を行い、結果を理論的に解析した。非自明なゲージ場の効果で非共線的な磁気秩序を取ること、磁気秩序の発現により映進対称性が破れトポロジカルに非自明なバンドが生じること、そのバンドへの電子励起から異常ホール効果が現れることを明らかにした。興味深いことに、トポロジカルな効果と電子相関効果の非自明なせめぎあいにより、異常ホール伝導度が温度に対して非単調な振る舞いを見せる。これらの結果をまとめた論文を Physical Review X から出版した。これらの研究成果はトポロジーと電子相関の協調現象を解明し、その効果を利用した将来的な工学的応用にもつながると期待される。

通过电荷，旋转和轨道自由度的纠缠带来的新现象是物理物理物理学的主要研究主题。特别是，从自旋轨道耦合和电子相关产生的磁性彼此产生的磁性衍生的拓扑特性是一个重要问题。阐明其物理机制的基本模型是Hubbard模型，该模型具有SU（2）量规场。哈伯德模型是描述电子相关效应的最具代表性模型，其旋转轨道耦合通过SU（2）量规场表现出来的效果。使用现有方法计算此模型的响应和激发结构并不容易，并且需要开发计算方法。因此，我们开发了一种使用半古典近似来计算该模型动力学的方法，从而可以进行高精度计算，例如动态自旋结构因子。带有SU（2）量规场的Hubbard模型预计将描述氧化物薄膜的物理特性，氧化物薄膜是5D轨道电子系统。通过与实验者的合作，我们研究了伪两维薄膜材料（SRIRO3）1/（catio3）1的响应。由于氧气离子八面体的倾斜和相关的异常霍尔效应，该材料会产生电子带的非平凡浆果曲率。我们进行了孔电导率测量和共振非弹性X射线散射实验，结果是理论上的。据表明，非平凡仪表场的作用允许非上线性磁性顺序，磁顺序的表达破坏了拓扑上产生非平凡带的对称性的对称性，并且从频带的电子激发中出现了异常的霍尔效应。有趣的是，拓扑和电子相关效应之间的非明显冲突导致异常的孔电导率在温度方面行为非单调性。汇总了这些结果的论文由物理审查X发表。这些研究结果将阐明拓扑和电子相关的协调现象，并有望导致利用效果的未来工程应用。