Dynamics of topological phases emerging from electron correlation

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。

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。