研究代表者：求 幸年（東京大学大学院工学系研究科・教授）

研究分担者：大久保 毅（東京大学大学院理学系研究科・特任准教授）

　　　　　　加藤 康之（福井大学学術研究院工学系部門・准教授）

　　　　　　那須 譲治（東北大学大学院理学研究科・准教授）

特任研究員：福井 毅勇（東京大学大学院工学系研究科・特任研究員）

研究協力者：三澤 貴宏（東京大学物性研究所・特任准教授）

　　　　　　井戸 康太（東京大学物性研究所・助教）

研究会「キタエフ量子スピン液体研究の新展開~マヨラナ励起の創出と制御によるトポロジカル量子計算の実現に向けて~」

　日時：2021年8月3日(火)、4日(水)、5日(木)の13:00-17:30（最終日のみ17:00まで）

　場所：オンライン開催

　詳細はこちら

雑誌「固体物理特集号"キタエフスピン液体の新展開"(編集委員：芝内孝禎・遠山貴巳・求 幸年)」

　詳細は固体物理 57, 613-784 (2022)

講義「スピン液体の物理 (求 幸年)」第69回物性若手夏の学校 (2024年8月)

プレプリント

• Y.-F. Zhao, S.-H. Jang, and Y. Motome, preprint (arXiv:2403.09112), "Spin-Orbit Coupled Insulators and Metals on the Verge of Kitaev Spin Liquids in Ilmenite Heterostructures"
• Y. Kato, J. Nasu, M. Sato, T. Okubo, T. Misawa, and Y. Motome, preprint (arXiv:2401.13175), "Spin Seebeck Effect as a Probe for Majorana Fermions in Kitaev Spin Liquids"
• L. Zhang and Y. Motome, preprint (arXiv:2310.01075), "Possible Realization of Kitaev Spin Liquids in van der Waals Heterostructures of α-RuCl₃ and CrX₃ (X=Cl and I)"

出版論文

• S.-H. Jang and Y. Motome, Phys. Rev. B 110, 155124 (2024), "Exchange interactions in the rare-earth magnets A₂PrO₃ (A = alkali metals)"
• S.-H. Jang and Y. Motome, Commun. Mater. 5, 192 (2024), "Exploring rare-earth Kitaev magnets by massive-scale computational analysis"
• K. Fukui, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. B 110, 024429 (2024), "Magnetic field effects on the Kitaev model coupled to environment"
• K. Inui and Y. Motome, Phys. Rev. Research 6, 033080 (2024), "Inverse Hamiltonian design of highly entangled quantum systems"
• S.-H. Jang and Y. Motome, AIP Advances 14, 015229 (2024), "Metallic ruthenium ilmenites: first-principles study of MgRuO₃ and CdRuO₃"
• C. Harada, A. Ono, and J. Nasu, Phys. Rev. B 108, L24118 (2023), "Field-driven spatiotemporal manipulation of Majorana zero modes in a Kitaev spin liquid"
• T. Misawa, J. Nasu, and Y. Motome, Phys. Rev. B 108, 115117 (2023), "Interedge spin resonance in the Kitaev quantum spin liquid"
• K. Fukui, Y. Kato, and Y. Motome, J. Phys. Soc. Jpn. 92, 064708 (2023), "Ground-State Phase Diagram of the Kitaev-Heisenberg Model on a Three-dimensional Hyperhoneycomb Lattice"
• R. Pohle, N. Shannon, and Y. Motome, Phys. Rev. B 107, L140403 (2023), "Spin Nematics Meet Spin Liquids: Exotic Quantum Phases in the Spin-1 Bilinear-Biquadratic Model with Kitaev Interactions"
• K. Inui and Y. Motome, Commun. Phys. 6, 37 (2023), "Inverse Hamiltonian design by automatic differentiation"
• K. Fukui, Y. Kato, J. Nasu, and Y. Motome, Phys. Rev. B 106, 174416 (2022), "Ground-state phase diagram of spin-S Kitaev-Heisenberg models"
• S. Suetsugu, Y. Ukai, M. Shimomura, M. Kamimura, T. Asaba, Y. Kasahara, N. Kurita, H. Tanaka, T. Shibauchi, J. Nasu, Y. Motome, and Y. Matsuda, J. Phys. Soc. Jpn. 91, 124703 (2022), "Evidence for a Phase Transition in the Quantum Spin Liquid State of a Kitaev Candidate α-RuCl₃"
• J. Nasu Y. Murakami, and A. Koga, Phys. Rev. B 106, 024411 (2022), "Scattering phenomena for spin transport in Kitaev spin liquid"
• K. Fukui, Y. Kato, J. Nasu, and Y. Motome, Phys. Rev. B 106, 014419 (2022), "Feasibility of Kitaev quantum spin liquids in ultracold polar molecules"
• K. Nakazawa, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. B 105, 165152 (2022), "Asymmetric modulation of Majorana excitation spectra and nonreciprocal thermal transport in the Kitaev spin liquid under a staggered magnetic field"
• D. Adachi, T. Okubo, and S. Todo, Phys. Rev. B 105, L060402 (2022), "Bond-weighted tensor renormalization group"
• S. Koyama and J. Nasu, J. Phys.: Conf. Ser. 2164, 012071 (2022), "Field-angle dependence of thermal transport in Kitaev-Γ model"
• K. Inui, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. Research 3, 043126 (2021), "Determinant-free fermionic wave function using feed-forward neural networks"
• S.-H. Jang and Y. Motome, Phys. Rev. Materials 5, 104409 (2021), "Electronic and magnetic properties of iridium ilmenites AIrO₃ (A= Mg, Zn, and Mn)"
• P. A. Mishchenko, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. D 104, 074517 (2021), "Quantum Monte Carlo method on asymptotic Lefschetz thimbles for quantum spin systems: An application to the Kitaev model in a magnetic field"
• H. Taguchi, Y. Murakami, A. Koga, and J. Nasu, Phys. Rev. B 104, 125139 (2021), "Role of Majorana fermions in spin transport of anisotropic Kitaev model"
• S.-H. Jang, Y. Kato, and Y. Motome, Phys. Rev. B 104, 085142 (2021), "Vortex creation and control in the Kitaev spin liquid by local bond modulations"
• S. Koyama and J. Nasu, Phys. Rev. B 104, 075121 (2021), "Field-angle dependence of thermal Hall conductivity in a magnetically ordered Kitaev-Heisenberg system"
• J. Nasu and Y. Motome, Phys. Rev. B 104, 035116 (2021), "Spin dynamics in the Kitaev model with disorder: Quantum Monte Carlo study of dynamical spin structure factor, magnetic susceptibility, and NMR relaxation rate", Editors' suggestion
• A. Koga, Y. Murakami, and J. Nasu, Phys. Rev. B 103, 214421 (2021), "Majorana correlations in the Kitaev model with ordered-flux structures"
• J. Nasu and Y. Motome, Phys. Rev. B 102, 054437 (2020), "Thermodynamic and transport properties in disordered Kitaev models"
• T. Eschmann, P. A. Mishchenko, K. O'Brien, T. A. Bojesen, Y. Kato, M. Hermanns, Y. Motome, and S. Trebst, Phys. Rev. B 102, 075125 (2020), "Thermodynamic classification of three-dimensional Kitaev spin liquids"

レビュー等

• 張 成燻、求 幸年： 固体物理 57, 757 (2022), "キタエフスピン液体の物質設計"
• 那須譲治、古賀昌久： 固体物理 57, 703 (2022), “キタエフ量子スピン液体におけるスピン輸送―マヨラナ準粒子によるスピン変動を伴わないスピン伝播―”
• 大久保毅： 固体物理 57, 633 (2022), “拡張キタエフ模型における熱ホール伝導度のテンソルネットワーク法による研究”
• 固体物理特集号 57, 613-784 (2022), "キタエフスピン液体の新展開" (編集委員：芝内孝禎・遠山貴巳・求 幸年)

特許

• 特願 2023-025883「情報処理システム、情報処理方法およびプログラム」求 幸年、小林海翔（2023年2月22日出願）

国際会議等発表

• Y. Motome, "Kitaev spin liquid: from materials design to experimental observation", The 5th international workshop on quantum matter – quantum magnetism, Kunming, China (Aug. 2024)
• K. Fukui, "Topological Majorana flat bands in the Kitaev model on a Bishamon-kikko lattice", International Conference on New Frontiers in Advanced Magnetism 2024, Sapporo, Japan (Aug. 2024)
• K. Kobayashi, "Signatures of quantum phase transitions in local quench dynamics by quantum reservoir probling", International Conference on New Frontiers in Advanced Magnetism 2024, Sapporo, Japan (Aug. 2024)
• K. Fukui, "Topological Majorana flat bands in the Kitaev model on a Bishamon-kikko lattice", International Conference on Magnetism (ICM2024), Bologna, Italy (Jun.-Jul. 2024)
• K. Kobayashi, "Quantum reservoir probing for the detection of quantum phase transitions", International Conference on Magnetism (ICM2024), Bologna, Italy (Jun.-Jul. 2024)
• Y. Motome, "Computational design of Kitaev magnet heterostructures", Progress in 2D Kitaev Materials, St. Louis, USA (May 2024)
• K. Inui and Y. Motome, "Inverse Hamiltonian design of highly-entangled quantum many-body systems", APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA (Mar. 2024)
• K. Fukui, Y. Kato, and Y. Motome, "Effect of a magnetic field on the Kitaev model coupled to environment", APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA (Mar. 2024)
• L. Zhang and Y. Motome, "Ab initio study for heterostructures of a Kitaev magnet α-RuCl₃ and CrX₃ (X=Cl and I)", APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA (Mar. 2024)
• Y.-F. Zhao, S.-H. Jang, and Y. Motome, "Spin-orbit coupled insulators and metals on the verge of Kitaev spin liquids in ilmenite heterostructures", APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA (Mar. 2024)
• K. Kobayashi and Y. Motome, "SQuantum reservoir probing of information propagation and scrambling", APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA (Mar. 2024)
• Y. Kato, J. Nasu, M. Sato, T. Okubo, T. Misawa, and Y. Motome, "Spin Seebeck effect in the Kitaev spin liquid", APS March Meeting 2024, Minneapolis, USA (Mar. 2024)
• Y. Kato, "Spin Seebeck effect in the Kitaev spin liquid", CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024, Tokyo, Japan (Feb. 2024)
• K. Fukui, "Effect of a magnetic field on the Kitaev model coupled to environment", Physics of Open Systems and Beyond (POS&BYD), Sapporo, Japan (Aug. 2023)
• Y. Motome, "Computational design of Kitaev materials", International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023), Sapporo, Japan (Aug. 2023)
• Y. Motome, "Nonequilibrium Spin Dynamics in Kitaev Spin Liquids", Quantum Magnetism and Topology (QMT2023), Pohang, Korea (Jun. 2023)
• Y. Motome, "Kitaev magnets as a Majorana platform", 8th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2023), Fethiye, Turkey (May 2023)
• K. Inui and Y. Motome, "Inverse Hamiltonian design by automatic differentiation", APS March Meeting 2023, Las Vegas, USA (Mar. 2023)
• J. Nasu, "Propagation and manipulation of fractional quasiparticles in Kitaev spin liquids", Workshop "Trends in Topological Materials Science and beyond", Prague, Czech Republic (Mar. 2023)
• Y. Motome, "Materials perspective on Kitaev spin liquids", International workshop on Novel Quantum States in Condensed Matter 2022 (NQS2022), Kyoto (hybrid) (Nov.-Dec. 2022)
• T. Okubo, "Tensor network representation of Kitaev spin liquid and its application to quantum circuit-based variational calculations", International workshop on Novel Quantum States in Condensed Matter 2022 (NQS2022), Kyoto (hybrid) (Nov.-Dec. 2022)
• T. Okubo, "Tensor network approach to two-dimensional frustrated spin system", APCTP-IACS-SNBNCBS Workshop on Computational Methods for Emergent Quantum Matter: From Theoretical Concepts to Experimental Realization, Kolkata, India (Nov. 2022)
• T. Okubo, "Tensor network approach to Kitaev spin liquid", The 15th Asia Pacific Physics Conference, Online (Aug. 2022)
• R. Pohle, "Spin liquid and nematic states in the spin-1 honeycomb Kitaev model with bilinear-biquadratic interactions", 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29), Sapporo (Hybrid) (Aug. 2022)
• Y. Motome, "Kitaev spin liquid materials as a Majorana platform", International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2022 (SCES2022), Amsterdam (Jul. 2022)
• J. Nasu, "Nonequilibrium dynamics and spin transport caused by fractional quasiparticles in Kitaev spin liquids", 11th International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2022 (HFM22), Paris, France (Jun. 2023)
• Y. Kasahara, S. Suetsugu, Y. Ukai, M. Shimomura, H. Murayama, T. Asaba, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Nasu, Y. Motome, and Y. Matsuda, "Thermodynamic evidence for a topological phase transition in a spin liquid state of α-RuCl₃", APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
• K. Inui, Y. Kato, and Y. Motome, "Determinant-free fermionic wave function using feed-forward neural networks", APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
• K. Nakazawa, Y. Kato, and Y. Motome, "Thermal transport in the Kitaev spin liquid under a staggered magnetic field", APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
• S. Suetsugu, U. Yuzuki, M. Shimomura, Y. Kasahara, H. Murayama, T. Asaba, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Nasu, Y. Motome, and Y. Matsuda, "Field-induced first-order topological phase transition in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl₃", APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
• K. Fukui, Y. Kato, J. Nasu, and Y. Motome, "Ground state phase diagram of the Kitaev-Heisenberg model with general spin S", APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
• J. Nasu and A. Koga, "Low-energy and thermodynamic properties of spin-S Kitaev models", APS March Meeting 2022, Online (Mar. 2022)
• J. Nasu, "Finite-Temperature Spin Dynamics and Transport Phenomena in Kitaev Quantum Spin Liquids", 2021 Winter Conference of the Korean Magnetics Society, Online (Nov. 2021)
• Y. Motome, "Majorana fermions in the Kitaev model: past, present, and future", 10th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information, Online (Dec. 2020)

国内会議等発表

• 求 幸年, "量子スピン液体に現れるマヨラナ粒子", 第29回 CROSSroads Workshop「固体化学と固体物理の先端的量子ビーム利用研究」 (AYA’S LABORATORY量子ビーム研究センター, 2024年10月)
• 求幸年, "量子リザバープロービング:情報処理性能を通じて強相関系を探る", 日本物理学会第79回年次大会（東北大, 2024年9/16-19）
• 和田島周星, 求幸年, "拡張Sachdev-Ye-Kitaev模型におけるスピングラス-液体転移", 日本物理学会第79回年次大会（東北大, 2024年9/16-19）
• 小林海翔, 求幸年, "量子リザバープロービングによるトポロジカル相転移の動的検出", 日本物理学会第79回年次大会（東北大, 2024年9/16-19）
• 福井 毅勇, 求 幸年, "毘沙門亀甲格子上のキタエフ模型におけるトポロジカルマヨラナフラットバンド", 日本物理学会毘沙門亀甲格子上のキタエフ模型におけるトポロジカルマヨラナフラットバンド（オンライン, 2024年3/22-25）
• 張 凌志, 求 幸年, "Ab initio study for heterostructures of a Kitaev magnet α-RuCl₃ and CrX₃ (X=Cl and I)", 日本物理学会第78回年次大会（東北大, 2023年9/12-15）
• 福井 毅勇, 加藤 康之, 求 幸年, "磁場中の非エルミートキタエフ模型における表皮効果と端状態", 日本物理学会第78回年次大会（東北大, 2023年9/12-15）
• 加藤 康之, 那須 譲治, 大久保 毅, 三澤 貴宏, 佐藤 正寛, 求 幸年, "キタエフスピン液体におけるスピンゼーベック効果", 日本物理学会第78回年次大会（東北大, 2023年9/12-15）
• 大久保 毅, "テンソルネットワーク法による量子古典エンタングルアルゴリズムの提案", 物性研究のための量子アルゴリズム最前線（大阪大学ハイブリッド開催, 2023年3/28-29）
• 井戸 康太, 三澤 貴宏, "多変数変分モンテカルロ法を用いた拡張キタエフ模型の解析", 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• 福井毅勇, 加藤康之, 求幸年, “非エルミートキタエフ模型における磁場誘起トポロジカル転移“, 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• 張成燻, 求幸年, “4f電子系におけるキタエフ型相互作用の理論的探索“, 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• 張成燻, 求幸年, “4d電子系イルメナイト型金属ARuO3 (A=Mg, Cd)の結晶構造と電子状態に関する第一原理計算による研究“, 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• 三澤貴宏, 那須譲治, 求幸年, “キタエフスピン液体におけるエッジ間のスピン共鳴“, 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• R. Pohle, N. Shannon, Y. Motome, “Eight-color chiral spin liquid on a S=1 honeycomb Kitaev model with biquadratic interactions”, 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• 清水康弘, 山本純哉, 小林義明, 松下琢, 伊藤正行, 求幸年, 那須譲治, 山中隆義, 木俣基, 佐々木孝彦, “α-RuCl₃におけるスピン励起の異方性“, 日本物理学会2023年春季大会（オンライン開催, 2023年3/22-25）
• 求 幸年, "Kitaevスピン液体とエニオン", （チュートリアル講演）, 物性研短期研究会「固体におけるエニオンと分数統計粒子研究の最前線」 (東京大学物性研ハイブリッド開催, 2023年2月)
• 求 幸年, "Kitaev magnets as a Majorana platform", 107th RIKEN CEMS Colloquium (理化学研究所ハイブリッド開催, 2022年12月)
• 求 幸年, "量子スピン液体：磁性とトポロジーが出会う不思議な量子状態", 日本物理学会第12回オンライン物理講話 (オンライン, 2022年12月)
• 福井毅勇, 加藤康之, 求 幸年, "3次元ハイパーハニカム格子Kitaev-Heisenberg模型の基底状態相図", 2022年秋季大会（東工大, ハイブリッド, 2022年9/12-15）
• Rico Pohle, Nic Shannon, Yukitoshi Motome, "Possible chiral spin liquid on the spin-1 Kitaev-honeycomb model with bilinear-biquadratic interactions", 2022年秋季大会（東工大, ハイブリッド, 2022年9/12-15）
• 大久保 毅, "PESS型テンソルネットワークによる拡張キタエフ模型の解析", 2022年秋季大会（東工大, ハイブリッド, 2022年9/12-15）
• 乾 幸地, 求 幸年, "自動微分を用いた光起電力を最大化するハミルトニアンの逆設計", 2022年秋季大会（東工大, ハイブリッド, 2022年9/12-15）
• 大久保 毅, "テンソルネットワーク法の量子多体問題への適用と量子計算機への展開", 量子多体計算のフロンティア（オンライン開催, 2022年3/28）
• 神村真志, 下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 浅場智也, 笠原裕一, 栗田伸之, 田中秀数, 芝内孝禎, 那須譲治, 求 幸年, 松田祐司, "Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl₃における磁場誘起トポロジカル相転移", 日本物理学会第77回年次大会（オンライン開催, 2022年3/15-19）
• R. Pohle, N. Shannon, and Y. Motome, "Spin liquid and nematic states in the spin-1 honeycomb Kitaev model with bilinear-biquadratic interactions", 日本物理学会第77回年次大会（オンライン開催, 2022年3/15-19）
• 乾 幸地, 求 幸年, "機械学習を応用したトポロジカルな性質を持つハミルトニアンの自動設計", 日本物理学会第77回年次大会（オンライン開催, 2022年3/15-19）
• 大久保 毅, "キタエフ量子スピン液体の量子回路表現とその最適化", 日本物理学会第77回年次大会（オンライン開催, 2022年3/15-19）
• 大久保 毅, "量子物理とテンソルネットワーク", 第1回量子ソフトウェアワークショップ：テンソルネットワークと量子計算の展望（オンライン開催, 2021年12/7）
• 山本 純哉, 清水 康弘, 小林 義明, 松下 琢, 伊藤 正行, 那須 譲治, 求 幸年, "α-RuCl₃におけるスピン励起の異方性", 日本物理学会2021年秋季大会（オンライン開催, 2021年9/20-23）
• 乾 幸地, 加藤 康之, 求 幸年, "行列式を組み合わせた畳み込み型ニューラルネットワークによるフェルミオン多体系波動関数近似", 日本物理学会2021年秋季大会（オンライン開催, 2021年9/20-23）
• 乾 幸地, 加藤 康之, 求 幸年, "行列式を用いないフィードフォワード型ニューラルネットワークによるフェルミオン多体波動関数近似", 日本物理学会2021年秋季大会（オンライン開催, 2021年9/20-23）
• 福井 毅勇, 加藤 康之, 那須 譲治, 求 幸年, "スピンS>1/2Kitaev-Heisenberg模型の基底状態相図", 日本物理学会2021年秋季大会（オンライン開催, 2021年9/20-23）
• 張 成燻, ○求 幸年, "ハニカム構造をもつイルメナイトイリジウム酸化物MIrO₃ (M=Mg, Zn, Mn)の電子状態と磁性", 日本物理学会第76回年次大会（オンライン開催, 2021年3/12-15）
• 仲澤 一輝, 加藤 康之, 求 幸年, "交代磁場中のキタエフスピン液体が示す熱輸送", 日本物理学会第76回年次大会（オンライン開催, 2021年3/12-15）
• 張 成燻, 加藤 康之, 求 幸年, "キタエフスピン液体における局所的な擾乱がもたらすエニオンの生成と制御", 日本物理学会第76回年次大会（オンライン開催, 2021年3/12-15）
• 大久保 毅, 那須 譲治, 三澤 貴宏, 求 幸年, "キタエフ量子スピン液体の熱ホール伝導度に対する非対角相互作用の効果", 日本物理学会第76回年次大会（オンライン開催, 2021年3/12-15）
• 大乾 幸地, 加藤康之, 求 幸年, "フィードフォワード型ニューラルネットを用いたフェルミオン多体波動関数近似", 日本物理学会第76回年次大会（オンライン開催, 2021年3/12-15）
• 福井 毅勇, 加藤 康之, 那須 譲治, 求 幸年, "冷却極性分子系でのKitaev量子スピン液体の実現について：汎関数繰り込み群による研究", 日本物理学会第76回年次大会（オンライン開催, 2021年3/12-15）