「On tetrahedratic order and chiral symmetry breaking」
Prof. Helmut R. Brand

Aug 22, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　On tetrahedratic order and chiral symmetry breaking
講　師　：　Prof. Helmut R. Brand
　　　　　Department of Physics, University of Bayreuth, Germany
日　時　：　平成28年8月22日 (月) 16:00-17:00
場　所　：　北海道大学理学部2号館2-211室

要　旨　：
We investigate how tetrahedratic order can influence chirality in nonchiral systems. For nematic phases composed of achiral bent-core molecules the occurence of chiral domains of opposite hand is well-established experimentally [1,2] and has been modeled as being due to a linear gradient term between quadrupolar and octupolar order [3]. Recently there have been experimental results not only on liquid crystals, but also on optically isotropic phases. It turns out that in such materials mesoscopic to macroscopic domains of either hand can occur spontaneously [4]-[7]. We argue [8] that transient elasticity coupled to tetrahedratic order can lead to chiral domains of opposite hand in an optically isotropic system even for achiral molecules. This issue is related to the question of chiral symmetry breaking in condensed matter physics, but also potentially relevant for biological systems. [1] G. Pelzl et al., J. Mater. Chem. 12, 2591 (2002) [2] T. Niori, J. Yamamoto, and H. Yokoyama, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 409, 475 (2004) [3] H.R. Brand, H. Pleiner, and P.E. Cladis, Physica A 351. 189 (2005); H.R. Brand and H. Pleiner, Eur. Phys. J. E 31, 37 (2010); H. Pleiner and H.R. Brand, Eur. Phys. J. E 37, 11 (2014). [4] M. Jasinski, D.Pociecha, H. Monobe, J. Szczytko, and P. Kaszynski, J. Am. Chem. Soc. 136, 14658 (2014). [5] C. Dressel, T. Reppe, M. Prehm, M. Brautzsch, and C. Tschierske, Nat. Chem. 6, 971 (2014). [6] C. Dressel, W. Weissflog, and C. Tschierske, Chem. Comm. 51, 15850 (2015). [7] M. Alaasar, M. Prehm, Y. Cao, F. Liu, and C. Tschierske, Angew. Chem. Int. Ed. 55, 312 (2016). [8] H.R. Brand and H. Pleiner, to be published

世話人　 北　孝文
（kita@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「量子スピン液体の熱力学と磁気ダイナミクス」
那須 譲治　氏

Aug 02, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　量子スピン液体の熱力学と磁気ダイナミクス
講　師　：　那須 譲治　博士
　　　　　東京工業大学理学部 助教
日　時　：　平成28年8月2日 (火) 15:00-16:00
場　所　：　北海道大学理学部 2号館2-505 室

要　旨　：
極低温まで磁気秩序を示さない量子スピン液体はP. W. Andersonによる理論提案以降、およそ半世紀にわたって磁性物理学の主要な研究テーマのひとつになっている。しかしながら、これまで数値的にこの状態を取り扱うのは計算手法の制限から絶対零度ですら困難とされており、加えてこの状態にはあらわな秩序変数が存在しないため、それをどのようの特徴づけるかも議論となっていた。近年では、量子スピン液体では量子スピンが分数化されて生じたフェルミ励起が生じるとして、極低温での比熱や熱伝導度の漸近的な振る舞いが実験的に調べられている。本研究では、量子スピン模型のひとつであるキタエフ模型に着目する。この模型は、厳密に解くことができる数少ない2次元模型であり、その基底状態は分数化されたフェルミ励起を素励起に持つ量子スピン液体である。このスピン液体の性質がどのように高次元/有限温度に拡張されるかは興味深い問題である。また、この模型はスピン軌道相互作用の強いイリジウム酸化物に代表される5d電子系において実現されると考えられており、実験との比較を行うためにも、有限温度の解析が必須となる。 2次元及び3次元キタエフ模型に対して，有限温度の熱力学量と動的磁気応答を計算した。この模型はジョルダン・ウィグナー変換により相互作用のないマヨラナフェルミオン系とそれと結合する局所Z2変数という形に書き換えることができる。フェルミオン系を厳密対角化し、局所Z2変数の配置をモンテカルロ法によって更新することで、有限温度のシミュレーションをおよそ1000サイトまでのサイズで行った。その結果、比熱に2つのピーク構造を見出した[1,2]。この2つのピークのそれぞれでエントロピーが半分ずつ解放される。これは，量子スピン液体の特徴であるスピンの分数化を反映したものである。3次元系では特に、低温の比熱のピークで相転移を示す。これは高温の常磁性から低温の量子スピン液体へのスピン系の"気液転移"と見なせる。さらに、2次元系において、ラマンスペクトルの温度依存性を計算し、実験結果とよい一致を示すことを見出した[3]。この結果は、現実の物質においても分数化されたフェルミ励起が存在する直接的な証拠となる。加えて、動的スピン構造因子、磁化率、NMR磁気緩和率に対してどのように分数化が現れるかも議論する[4]。 [1] J. Nasu, M. Udagawa, and Y. Motome: Phys. Rev. Lett. 113, 197205 (2014). [2] J. Nasu, M. Udagawa, and Y. Motome: Phys. Rev. B 92, 115122 (2015). [3] J. Nasu, J. Knolle, D. L. Kovrizhin, Y. Motome, and R. Moessner: Nat. Phys. nphys3809 (2016). [4] J. Yoshitake, J. Nasu, and Y. Motome: arXiv:1602.05253.

世話人　 速水 賢
（hayami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「Skyrmions, Merons and Monopoles: Topological Excitations in Chiral Magnets」
Avadh Saxena　氏

Apr 28, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Skyrmions, Merons and Monopoles: Topological Excitations in Chiral Magnets
講　師　：　Avadh Saxena　博士
　　　　　Los Alamos National Lab
日　時　：　平成28年4月28日 (木) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)

要　旨　：
Stable topological excitations such as domain walls and vortices are ubiquitous in condensed matter as well as high energy physics and are responsible for many emergent phenomena. In 2009 a new mesoscopic spin texture called skyrmion was discovered experimentally in certain conducting and insulating magnets. It is now believed to exist in Bose-Einstein condensates, 2D electron gases, superconductors, nematic liquid crystals among many other systems. This topological excitation was originally proposed by Tony Skyrme in 1958 in a nonlinear field theory of baryons. In the temperature--‐magnetic field phase diagram of chiral magnets, skyrmions form a triangular lattice in the low temperature and intermediate magnetic field region (in thin films). In metallic magnets, skyrmions can be driven by a spin polarized current while in insulating magnets by magnons. The threshold current density to depin skyrmions is 4 to 5 orders of magnitudes weaker than that for magnetic domain walls. The low depinning current makes skyrmions extremely promising for applications in spintronics. I will first attempt to summarize the experiments and present an overview on skyrmions. Then I will demonstrate how increasing the easy-plane anisotropy results in a transition from a triangular lattice of skyrmions to a square lattice and eventually to merons. The latter are essentially half- skyrmions and with half the topological charge. Finally, I will show that under current driving skyrmions tubes can split or merge at certain points leading to the formation of magnetic monopoles and anti--‐monopoles connected by a Dirac string. “Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter wave interferometerexperiment” T. Denkmayr, H. Geppert, S. Sponar, H. Lemmel, A. Matzkin,J. Tollaksen, and Y. Hasegawa, quant-ph/1312.3775, Nature Comm. 5:4492doi: 10.1038 / ncomms5492 (2014).

世話人　 丹田 聡

北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)

「中性子二重スリット実験における量子チェシャ猫　～ 透明人間それとも幽体分離？ ～」
長谷川 祐司　氏

Feb 08, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　中性子二重スリット実験における量子チェシャ猫　～ 透明人間それとも幽体分離？ ～
講　師　：　長谷川 祐司　博士
　　　　　ウィーン工科大学 Atominsitut
日　時　：　平成28年2月8日 (月) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)

要　旨　：
量子力学は現代技術の基盤理論であり、その予測が高精度に正しいことは多くに実験で立証されたきた。ところが、測定結果にとどまらず、量子系で何が起こっているかといった、量子力学の解釈に関してはいまだに統一的な見解があるとは言い難い。量子力学の予測が確率論的であること、シュレディンガーの猫として知られている逆説的な現象などが、多くの物理学者をも惑わし続けている。今回のセミナーでは、光と違って、貯めたり止めたりすることが可能で、粒子としてイメージしやすい中性子を使った最近の光学実験を紹介する。中性子の干渉とスピンを用いた実験を通して、我々の慣れ親しんでいる世界から直感的には理解しがたい、波動と量子の二重性、不確定性原理、あるいは実在性、局所性や因果律などといった量子力学独特のミスティーに挑戦する。特に、マッハ・ツェンダー干渉計内で中性子とそのスピンがそれぞれのパスに分離する実験を紹介する。この現象は、不思議の国のアリスに出てくる猫にちなんで「量子チェシャ猫」と名付けられている。 “Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter wave interferometerexperiment” T. Denkmayr, H. Geppert, S. Sponar, H. Lemmel, A. Matzkin,J. Tollaksen, and Y. Hasegawa, quant-ph/1312.3775, Nature Comm. 5:4492doi: 10.1038 / ncomms5492 (2014).

世話人　 丹田 聡

北海道大学工学部応用理工系学科　(電話011-706-6115)

「Overview of two multiferroic systems: RMnO3 and BiFeO3」
Je-Geun Park　氏

Feb 02, 2016

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Overview of two multiferroic systems: RMnO3 and BiFeO3
講　師　：　Je-Geun Park　博士
　　　　　Center for Correlated Electron Systems, Institute for Basic Science (IBS), Seoul National University
日　時　：　平成28年2月2日 (火) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 理学部５号館 (5-205室)

要　旨　：
Multiferroic materials that have the coexistence of both magnetic and ferroelectric ground states have drawn significant attention in materials science over the past ten years or so. The underlying origin of this unusual behavior in either naturally occurring materials or artificially synthesized thin films has been a strong enough motivation for material scientists to discover or rediscover new multiferroic materials. Among a long list of multiferroic materials, hexagonal manganites RMnO3 and BiFeO3 are arguably two most interesting multiferroic materials. In particular, BiFeO3 has been extensively investigated for potential applications by virtue of its magnetic and ferroelectric transitions occurring above room temperature: TN=650 K and TC=1050 K. Moreover, it has a very interesting incommensurate magnetic phase transition with an extremely long period of 650 A. On the other hand, the hexagonal manganite materials exhibit a natural two-dimensional triangular lattice, which provide an interesting platform to investigate low dimensional magnetism with a supposedly strong coupling to the ferroelectric order parameter. Over the past few years or so, there have been a multitude of studies done on both compounds. Largely thanks to these extensive studies, we have now come to know extremely details about the physical properties of the two materials. In this talk, I will present our results obtained from high resolution neutron scattering experiments on these two fascinating materials. [1] Seongsu Lee, et al., Nature 451, 805 (2008) [2] Jaehong Jeong, et al., Phys. Rev. Lett. 108, 077202 (2012) [3] Joosung Oh, et al., Phys. Rev. Lett. 111, 257202 (2013) [4] Jaehong Jeong, et al., Phys. Rev. Lett. 113, 107202 (2014) [5] [Topical Review] Je-Geun Park, et al., J. Phys.: Condens. Matter 26, 433202 (2014) [6] [Invited feature article] Hasung Sim, Joosung Oh, Jaehong, Jeong, Manh Duc Le, and Je-Geun Park, Acta. Crystallog. B (in press): arXiv:1511.04181

世話人　 網塚浩
（amiami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)