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。

由电荷、自旋和轨道自由度纠缠引起的新现象是凝聚态物理的一个主要研究主题。特别是，自旋轨道耦合产生的拓扑特性和电子关联产生的磁性如何相互影响是一个重要问题。阐明物理机制的基本模型是具有SU(2)规范场的哈伯德模型。哈伯德模型是描述电子相关效应最具代表性的模型，自旋轨道耦合效应通过SU(2)规范场出现。利用现有方法计算该模型的响应和激励结构并不容易，需要开发一种计算方法。因此，我们开发了一种使用准经典近似计算该模型动力学的方法，使得高精度计算动态自旋结构因子成为可能。具有 SU(2) 规范场的哈伯德模型有望很好地描述氧化铱薄膜的物理性质，氧化铱薄膜是 5d 轨道电子系统。通过与实验人员的合作研究，我们研究了准二维系统薄膜材料(SrIrO3)1/(CaTiO3)1的响应。在这种材料中，由于氧离子八面体的倾斜以及相关的反常霍尔效应，电子带出现了非平凡的贝里曲率。我们进行了霍尔电导率测量和共振非弹性 X 射线散射实验，并对结果进行了理论分析。由于非平凡规范场的影响而产生的非共线磁序，打破平移对称性的磁序的发展和拓扑非平凡带的生成，以及电子激发到该带的反常霍尔效应。透露将会出现。有趣的是，由于拓扑效应和电子相关效应之间的重要竞争，反常霍尔电导率表现出相对于温度的非单调行为。《Physical Review X》发表了一篇总结这些结果的论文。这些研究成果有望阐明拓扑和电子关联的协同现象，并引导未来利用这种效应的工程应用。