1701物理及び化学

電子と正孔の結合状態である励起子が生み出す反強磁性型の励起子絶縁体を実験と理論の両面から新たに発見しました。スピン三重項の励起子が生み出す反強磁性励起子絶縁体の存在を明らかにしました。

セリウム・アンチモンが示す「悪魔の階段」の相転移において、多極子と呼ばれる局在スピン・軌道と強く相互作用する伝導電子が準粒子として振る舞う「多極子ポーラロン」を発見しました。「悪魔の階段」で発生する局在スピン・軌道配列の変調に合わせて、自在に相互作用の強さを変える「多極子ポーラロン」の特殊な振る舞いを明らかにしました。

初期宇宙のインフレーション膨張の際できた密度の凸凹は、凸部と凹部が高い精度で同量対称にできなければならないことを理論的に示した。密度ゆらぎ形成を場の量子論に基づいて解析した結果、凸部と凹部の分布が高い精度で対称でない限り、ゆらぎの振幅が観測から大きくズレてしまうことを見いだした。

局所的に空間反転対称性が破れた結晶に起因した超伝導相内部で実現する特殊な反強磁性状態を発見しました。

遷移金属酸化物CsW2O6の理論モデルで、タングステン原子由来の強いスピン軌道相互作用によって、フラットなエネルギーバンドが現れることを発見した。電子がスピン軌道相互作用によってスピンの向きを回転させながら伝搬して量子干渉を起こすという新しいフラットバンドの発現機構を、数学的に厳密に明らかにした。

蜂の巣格子を持つ磁性絶縁体a-RuCl3 （塩化ルテニウム）の試料端（エッジ）においてマヨラナ粒子が存在することは報告されていましたが、試料内部（バルク）の状態は不明でした。磁場中比熱の精密測定により、試料内部でマヨラナ粒子が存在し、その現れやすさが蜂の巣格子面内での磁場方向に強く依存することが明らかとなりました。試料内部のマヨラナ粒子が、環境ノイズに強いトポロジカル量子コンピューターを可能にする「非可換エニオン」の元となる、というキタエフ模型の理論の基礎特性を裏付ける結果であり、非可換エニオンの理解が進展することが期待されます。

トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体の積層薄膜において、半整数（1/2）に量子化されたホール伝導度を観測しました。トポロジカル絶縁体表面に存在する単一の二次元ディラック電子に関する量子異常を反映したもので、今後、単一ディラック電子を利用したさらなる基礎物理研究の展開が期待できます。

超伝導体の実用化に繋がる物質を発見しました。超伝導体はごく限られた物質でしか見つかっておらず、しかも超伝導の特性を発揮できる環境が日常とはかけ離れているのが現状です。より日常に近い環境で超伝導体を実現していく為の重要な発見をしました。

物質の次元性と機能の一般的関係を発見しました。任意の物質の次元を2.5次元から3.0次元の間で自由に調整できる方法を10年程前に発見し、その次元性を変えた効果が物質の機能をどう変えるか、個別の物質や機能によらない、一般的な法則が見つかったという成果です。

鉄を主とするカゴメ格子強磁性体Fe3Snにおいて巨大な磁気熱電効果（=異常ネルンスト効果）が発現することを発見しました。加えて、第一原理計算を用いたコンピュータシミュレーションによる電子状態の解析の結果、ノーダルプレーンと呼ばれる特殊な電子状態が、カゴメ格子強磁性体Fe3Snにおける巨大な磁気熱電効果の起源となっていることが明らかとなりました。

「ディラック電子系」と呼ばれる物質の磁化率と電気伝導度の間のスケーリング則（比例関係）を発見し、この電磁応答の統一が特殊相対性理論における「時間と空間の対称性」に対応していることを見いだしました。グラフェンやトポロジカル絶縁体など、次世代デバイスの候補材料における電磁応答の理解の基盤になると期待できます。

すばる望遠などを用いた多波長観測により、若い星系に飛来した天体が原始惑星系円盤を乱す様子が明らかにされました。星系への「侵入者」が原始惑星系円盤に作用する様子を包括的に調べた観測は本研究が初めてです。