先端量子物質の科学
次世代デバイスを拓く新奇機能
「21世紀は量子の時代」と言われるように、量子コンピューターなど量子技術を応用したデバイスがどんどん発明されています。このようなパラダイムシフトを起こす未来の革新的デバイスを開拓する先端量子物質機能の研究を行っています。
トポロジカル量子物性に基づくマテリアル・デザイン
-電子状態のトポロジーに由来する創発現象-
我々の身近にある電子デバイスの特性は、根源的にはその物質の持つ電子状態から説明されます。 近年、物質が持つ電子状態の幾何学的特徴（トポロジー）により発現する特異な物理現象が盛んに研究されています。 また、これらのトポロジカルな物性を活かし、スピントロニクスやエネルギーハーベスティングといった革新的なデバイスへの応用が期待されています。
私たちは非経験的な手法に基づき、これらの特異物性を電子状態の観点から理論的に予言、物質設計へと繋げることを目指しています。
関連論文
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Susumu Minami, Fumiyuki Ishii, Yo Pierre Mizuta, Mineo Saito
First-principles study on thermoelectric properties of half-Heusler compounds CoMSb (M = Sc, Ti, V, Cr, and Mn)
Applied Physics Letters 133, 032403 (2018) -
Akito Sakai, Susumu Minami, Takashi Koretsune, Taishi Chen, Tomoya Higo, Yangming Wang, Takuya Nomoto, Motoaki Hirayama, Shinji Miwa, Daisuke Nishio-Hamane, Fumiyuki Ishii, Ryotaro Arita, Satoru Nakatsuji
Iron-based binary ferromagnets for transverse thermoelectric conversion
Nature 581, 7806 (2020) -
Y. Okamura, S. Minami, Y. Kato, Y. Fujishiro, Y. Kaneko, J. Ikeda, J. Muramoto, R. Kaneko, K. Ueda, V. Kocsis, N. Kanazawa, Y. Taguchi, T. Koretsune, K. Fujiwara, A. Tsukazaki, R. Arita, Y. Tokura, Y. Takahashi
Giant magneto-optical responses in magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
Nature Communications 11, 4619 (2020) -
Susumu Minami, Fumiyuki Ishii, Motoaki Hirayama, Takuya Nomoto, Takashi Koretsune, Ryotaro Arita
Enhancement of the transverse thermoelectric conductivity originating from stationary points in nodal lines
Physical Review B 102, 205128 (2020)
トポロジカル準粒子のダイナミクス
-スキルミオン結晶の力学挙動-
ナノスケールの微小材料中では、特定の外場をかけることで磁気モーメントや電気分極が渦のような幾何学的集団秩序を作ることが発見されました。 これらはスキルミオンやメロンなどと呼ばれ、ひとつひとつがまるで１つの粒子のように振る舞い（準粒子）、僅かな電流によって駆動できることから次世代の省電力情報デバイスへの応用が期待されています。
本研究室では、スキルミオン準粒子結晶の動的挙動を解明し、デバイス応用のために制御する方法の提案を行っています。
関連論文
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Yu Wang, Takahiro Shimada, Jie Wang, Takayuki Kitamura, Hiroyuki Hirakata
The rectilinear motion of the individual asymmetrical skyrmion driven by temperature gradients
Acta Materialia, 221, 117383 (2021) -
Yu Wang, Takayuki Kitamura, Jie Wang, Hiroyuki Hirakata, Takahiro Shimada
Mechanical acceleration and control of the thermal motion of a magnetic skyrmion
Physical Review Applied, 18, 014049 (2022)
