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Hayami Satoru

Faculty of Science　Physics　Electronic Condensed Matter PhysicsProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • 博士(工学), 東京大学, Sep. 2014
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 20776546
ORCID IDResearcher ID
  • J-4822-2018
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 幾何学的フラストレーション
  • スピン軌道相互作用
  • トロイダルモーメント
  • スカーミオン
  • マルチフェロイクス
  • 多極子
  • 強相関電子系
  • magnetism
Research Field
  • Natural Science, Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems
■ Educational Organization

Career

■ Career
Educational Background
  • Apr. 2012 - Sep. 2014, University of Tokyo
Committee Memberships
  • Apr. 2017 - Mar. 2018
    日本物理学会, 領域８運営委員, Society

Research activity information

■ Awards
  • Jun. 2020, JPSJ the Most Cited Articles in 2019
  • Sep. 2019, Nature Communications Editors' Highlight
  • May 2019, Physical Review B Editors' Suggestion
  • Apr. 2019, Physical Review Letters Cover Image
  • Oct. 2018, 日本物理学会, 日本物理学会若手奨励賞(領域8)
    トロイダルモーメントと交差相関物性の微視的な理論研究
    速水 賢
  • Oct. 2018, Physical Review B Editors' Suggestion
  • Aug. 2014, Physical Review B Editors' Suggestion
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
  • Magnetic quadrupole current generation and accumulation in noncentrosymmetric systems
    Yuuga Takasu; Satoru Hayami, 15 Jul. 2026
    Magnetization control via magnetic octupole injection has recently been proposed for a new class of centrosymmetric antiferromagnets, namely $d$-wave altermagnets, where the magnetic octupole is the lowest-rank magnetic multipole allowed by symmetry and serves as an alternative carrier to spin injection. In contrast, in noncentrosymmetric antiferromagnets, the magnetic quadrupole (MQ) constitutes the lowest-rank symmetry-allowed magnetic multipole, suggesting that MQ currents can provide an efficient route toward magnetization control through MQ injection. Here, we establish the symmetry conditions for MQ-current generation by constructing the multipole representation of the MQ conductivity tensor and show that MQ currents are generically allowed in noncentrosymmetric crystallographic point groups. As a representative example, we demonstrate MQ-current generation in the linear-response regime associated with symmetry lowering from the centrosymmetric point group ($mmm$) to its noncentrosymmetric subgroup ($mm2$). Furthermore, we reveal MQ accumulation near sample edges, analogous to spin accumulation induced by the spin Hall effect. This edge accumulation provides direct evidence of MQ-current generation and constitutes a key prerequisite for realizing MQ injection and MQ-based magnetization control in noncentrosymmetric antiferromagnets.
  • Sixteenfold Classification of Many-Body Multipoles from Rotation-Compatible Canonical Symmetries
    Shingo Kuniyoshi; Rikuto Oiwa; Satoru Hayami, 10 Jul. 2026
    The conventional multipole framework provides a standard symmetry-based language for one-body electronic degrees of freedom, but fails to distinguish physically distinct sectors in many-body operator space. We show that canonical symmetries compatible with rotations provide this structure through two additional 2 labels associated with the particle-number gauge transformation Gπ/2 and the particle-hole transformation CA. These labels separate operators with different body numbers and particle-number changes, leading to a sixteenfold classification that organizes selection rules for nonzero expectation values, induced multipoles, and symmetry-allowed couplings in many-body multipole space.
  • Piezoaxial coupling for strain-selected ferroaxial domain control
    Rikuto Oiwa; Satoru Hayami, 07 Jul. 2026
    We formulate a symmetry-based hierarchy of strain-derived conjugate fields for ferroaxial order, and demonstrate strain-selected ferroaxial domain control using first-principles calculations. Since ferroaxial order is even under both spatial inversion and time reversal, ordinary electric and magnetic fields cannot serve as universal linear conjugate fields. Homogeneous strain, however, can generate symmetry-allowed piezoaxial fields whose leading order is determined by the parent point group and by the chosen ferroaxial-axis component. For basal-plane strain, the leading field is linear in orthorhombic systems, quadratic in tetragonal systems, and cubic in trigonal and hexagonal systems. Cubic parent groups further split into two classes: cubic-I groups, $23$ and $m\bar{3}$, allow linear full-strain fields for selected axes, whereas cubic-II groups, $432$, $\bar{4}3m$, and $m\bar{3}m$, forbid linear fields and require quadratic or cubic strain combinations depending on the selected axis. In trigonal systems, the basal-plane deviatoric strain with signed amplitude $\varepsilon_{\rm u}$ and principal-axis angle $θ$ gives the single-axis field $h\propto\varepsilon_{\rm u}^3\sin6θ$. First-principles calculations for the trigonal ferroaxial compound Na$_2$BaMg(PO$_4$)$_2$ verify both the predicted angular dependence and cubic strain scaling of the ferroaxial domain splitting, and fixed-strain atomic relaxations show strain-selected evolution from the para-axial structure. These results establish static homogeneous strain as a symmetry-allowed conjugate field for ferroaxial order and suggest a route to ferroaxial domain control through strain-field cooling.
  • Topological Weyl Phase of an Ideal Spin-Gapless Semiconductor KCrSe
    Subhajit Mandal; Bishal Das; Himanshu Sharma; Satoru Hayami; Aftab Alam, 02 Jun. 2026
    The coexistence of topological and spin-polarized electronic states within a single material platform provides an attractive route toward emergent quantum phenomena and spintronic functionalities. However, materials simultaneously exhibiting spin-gapless semiconducting (SGS) behavior and Weyl semimetallicity remain exceedingly rare. Here, using first-principles calculations, we identify the half-Heusler compound KCrSe as an ideal spin-gapless Weyl semimetal. Transport calculations reveal a weak temperature dependence of the longitudinal conductivity and relatively small Seebeck coefficients, providing further evidence of its SGS nature. KCrSe hosts a single pair of Weyl nodes-the minimum number permitted in a Weyl semimetal-located in close proximity to the Fermi level (E$_\text{F}$), resulting in exceptionally clean bulk and surface electronic spectra. The nontrivial Berry curvature associated with these Weyl nodes gives rise to sizable anomalous transport responses, including an anomalous Hall conductivity of $σ_{xy}^{A}\sim 90.76~\mathrm{S\,cm^{-1 } }$ and an anomalous Nernst conductivity of $α_{xy}^{A}\sim 0.15~\mathrm{A\,m^{-1}K^{-1 } }$ at E$_\text{F}$, with substantially enhanced values at lower energies. The combination of an ideal Weyl topology, fully spin-polarized low-energy states, and finite anomalous transport establishes KCrSe as a promising platform for designing high-efficiency topological spintronic devices.
  • Antisymmetric linear transverse magnetization and ferroaxial moments induced by geometry-driven electric field gradients
    Akane Inda; Satoru Hayami, 11 May 2026
    We theoretically investigate the transverse magnetization and ferroaxial moments induced by electric field gradients arising from the geometry of finite systems. Based on the Kubo formalism and real-time numerical simulations for a finite trapezoidal model, we demonstrate that both quantities are generated under the electric field gradient and are enhanced by tuning the leg inclination, which controls the gradient strength. We further show that the induced transverse magnetization is antisymmetric and linear in the magnetic field; such a response is prohibited by Onsager reciprocity in the absence of an electric field gradient. In addition, we find that the total transverse magnetization scales linearly with the electric field, in contrast to the longitudinal one, which exhibits a quadratic dependence, providing an advantage for experimental observation. Our results establish geometry-induced electric field gradients as a versatile mechanism for realizing and controlling unconventional transverse responses in mesoscopic systems.
  • Unconventional alternating out-of-plane spin polarization in the coplanar kagome antiferromagnet
    Ousmane Ly; Satoru Hayami, 13 Apr. 2026
    The emergence of spin-polarized currents in nonrelativistic platforms continues to attract significant interest in spintronics. Here we demonstrate that a noncollinear kagome antiferromagnet can generate an alternating out-of-plane spin polarization originating from the spin chirality of the magnetic unit cell, in the absence of relativistic spin--orbit coupling. Under spatial confinement, the system develops distinct real-space spin separation patterns whose structure is governed by the symmetry of the lattice termination. In particular, breaking the transverse mirror symmetry of the ribbon produces an altermagnetic-like spin splitting in the band structure. Furthermore, we uncover a spin--edge locking mechanism in which propagating edge states acquire an unconventional spin polarization. These results highlight how magnetic symmetry and confinement can generate spin-polarized transport in coplanar antiferromagnets without relying on relativistic interactions.
  • Magnetic toroidal monopoles from relativistic polarization responses to magnetic field gradients
    Taisei Yamanaka; Takumi Sato; Satoru Hayami, 07 Apr. 2026
    The magnetic toroidal monopole, a time-reversal-odd scalar, has attracted attention through its characteristic responses, such as electric-field-induced nonreciprocal directional dichroism observed in Co$_2$SiO$_4$. However, its evaluation in crystalline solids remains unresolved, as it cannot be defined within conventional multipole expansions or thermodynamic formulations. In this paper, we propose a theoretical framework to evaluate the magnetic toroidal monopole in periodic crystals based on the response of relativistic electric polarization to a magnetic field gradient. By incorporating the magnetic-field-gradient correction to the relativistic polarization, we derive an explicit expression for the magnetic toroidal monopole beyond symmetry arguments. The resulting expression is formulated in terms of geometric quantity such as Berry curvatures and orbital magnetic moment defined in an extended parameter space spanning momentum, magnetic field, and electric field. We further perform model calculations for an antiferromagnetic system hosting a magnetic toroidal monopole and confirm that the proposed quantity is finite. These results provide a practical route to characterize magnetic toroidal monopoles in crystalline solids and clarify their quantum geometric nature.
  • Thermodynamic Multipoles and Dissipative Conductivities in Metallic Systems
    Takumi Sato; Satoru Hayami, 31 Mar. 2026
    Multipoles provide a systematic framework for describing the electronic structures of quantum materials from a symmetry perspective. Thermodynamic multipole moments in crystalline solids exhibit direct microscopic connections to certain allowed physical responses beyond symmetry; however, such relations have thus far been limited to dissipationless responses in equilibrium insulating systems. Here, this framework is extended at a heuristic level by focusing on the Fermi-surface contributions to thermodynamic multipole moments. These contributions establish direct relations to dissipative transport responses characteristic of metals, including charge and spin conductivities. A key consequence is that the conductivities exhibit extrema, typically maxima, at chemical potentials where the corresponding Fermi-surface contributions to the multipoles vanish, specifically, the electric quadrupole for charge conductivity and the magnetic octupole for spin conductivity. These findings uncover a previously overlooked aspect of thermodynamic multipole moments, opening a new perspective on dissipative transport in metallic systems.
  • Antiparallel spin polarizations as quadratic response in chiral systems
    Akane Inda; Kohei Hattori; Hiroaki Kusunose; Satoru Hayami, 25 Feb. 2026
    Chirality-dependent spin generation has attracted considerable attention in condensed matter physics. In this paper, we theoretically investigate antiparallel spin polarization as a chirality-dependent quadratic response, by using a finite chiral system composed of triangular prisms. Based on the nonlinear Kubo formalism and real-time simulations, we demonstrate that spatially inhomogeneous antiparallel spin polarizations are induced as a dissipative quadratic DC response to a homogeneous AC electric field. In particular, we elucidate role of microscopic parameters characterizing the handedness of chirality, and naive expectation of spin polarization as a consequence of spin accumulation of spin current.
  • The 2026 Skyrmionics Roadmap
    Sabri Koraltan; Claas Abert; Manfred Albrecht; Maria Azhar; Christian Back; Hélène Béa; Max T. Birch; Stefan Blügel; Olivier Boulle; Felix Büttner; Ping Che; Vincent Cros; Emily Darwin; Louise Desplat; Claire Donnelly; Haifeng Du; Karin Everschor-Sitte; Amalio Fernández-Pacheco; Simone Finizio; Giovanni Finocchio; Markus Garst; Raphael Gruber; Dirk Grundler; Satoru Hayami; Thorsten Hesjedal; Axel Hoffmann; Aleš Hrabec; Hans Josef Hug; Hariom Jani; Jagannath Jena; Wanjun Jiang; Javier Junquera; Kosuke Karube; Lisa-Marie Kern; Joo-Von Kim; Mathias Kläui; Hidekazu Kurebayashi; Kai Litzius; Yizhou Liu; Martin Lonsky; Christopher H. Marrows; Jan Masell; Stefan Mathias; Yuriy Mokrousov; Stuart S. P. Parkin; Bastian Pfau; Paolo G. Radaelli; Florin Radu; Ramamoorthy Ramesh; Nicolas Reyren; Stanislas Rohart; Shinichiro Seki; Ivan I. Smalyukh; Sopheak Sorn; Daniel Steil; Dieter Suess; Mykola Tasinkevych; Yoshinori Tokura; Riccardo Tomasello; Victor Ukleev; Hyunsoo Yang; Fehmi Sami Yasin; Xiuzhen Yu; Chenhui Zhang; Shilei Zhang; Le Zhao; Sebastian Wintz, 23 Jan. 2026
    Magnetic skyrmions and related topological spin textures have emerged as a central topic in condensed-matter physics, combining fundamental significance with potential for transformative applications in spintronics, magnonics, and beyond. Over the past decade, advances in material platforms, imaging techniques, theoretical modeling, and device concepts have established skyrmionics as a rapidly expanding field. At the same time, challenges remain in stabilizing, controlling, and integrating such textures into functional architectures, while novel phenomena such as antiskyrmions, higher-order skyrmions, hopfions, and antiferromagnetic textures arise. The 2026 Skyrmionics Roadmap represents a collective effort of many authors, providing a comprehensive perspective on the current state-of-the-art and the outlook for the coming years. In 33 focused sections, each co-authored by two researchers, we chart progress in theory and modeling, material systems, skyrmion dynamics, and skyrmion technologies. By offering a consolidated vision, this Roadmap aims to guide both fundamental research and application-driven efforts, accelerating the transition of skyrmionics from conceptual breakthroughs toward practical technologies.
  • Orbital magnetic octupole in crystalline solids and characterization of orbital altermagnetism
    Takumi Sato; Satoru Hayami, 30 Dec. 2025
    Magnetic multipole moments beyond dipoles have emerged as key descriptors of unconventional electromagnetic responses in crystalline solids. However, a gauge-invariant bulk expression for orbital magnetic multipole moments has remained elusive, hindering a unified understanding of their physical consequences. Here we formulate a gauge-invariant expression for the orbital magnetic octupole moment in periodic crystals and investigate its behavior in two models with distinct origins of magnetism: a spinless two-orbital model with orbital magnetic order arising from complex hopping and a two-sublattice $d$-wave altermagnetic model based on antiferromagnetic spin order. We also show that the orbital magnetic octupole is naturally linked to a higher-rank Hall response induced by spatially nonuniform electric fields, leading to a generalized Středa-type relation. Our results further demonstrate that the orbital magnetic octupole provides a quantitative characterization of \textsl{orbital altermagnetism}.
  • Single-$q$ Cycloid and Double-$q$ Vortex Lattices in Layered Magnetic Semimetal EuAg$_4$Sb$_2$
    Paul M. Neves; Takashi Kurumaji; Joshua P. Wakefield; Arno Hiess; Paul Steffens; Navid Qureshi; Robert Cubitt; Lisa M DeBeer-Schmitt; Johanna C. Palmstrom; Satoru Hayami; Marek Bartkowiak; Markus Zolliker; Jonathan S. White; Joseph G. Checkelsky, 18 Dec. 2025
    Recently, a host of exotic magnetic textures such as topologically protected skyrmion lattices has been discovered in several bulk metallic lanthanide compounds. In addition to hosting skyrmion phases, a hallmark of this class of materials is the appearance of numerous spin textures characterized by a superposition of multi-$q$ magnetic modulations: spin moiré superlattices. The nuanced energy landscape thus motivates detailed studies to understand the underlying interactions. Here, we comprehensively characterize and model the three zero-field magnetic textures present in one such material, EuAg$_4$Sb$_2$. Systematic symmetry breaking experiments using magnetic field and strain determine that the ground state incommensurate magnetic phase (ICM1) is single-$q$. In contrast, ICM2 and ICM3 are both double-$q$, \textit{i.e.}, spin moiré superlattices. Further, through application of polarized small angle neutron scattering and spherical neutron polarimetry, we demonstrate that ICM1 is a single-$q$ cycloid and ICM2 and ICM3 are double-$q$ vortex lattices, with Eu moments lying in the $ab$-plane in zero field and with a ferromagnetic component at finite field. Despite the quasi-2D nature of EuAg$_4$Sb$_2$, the modulations propagate out of the \textit{ab}-plane, leading to a shift of the spin texture between triangle lattice planes. Further, the ICM3 to ICM2 transition includes an unusual 45$^\circ$ rotation of the magnetic vortex lattice. Motivated by the coexistence of such drastically different phases in this compound, we conclude by developing a phenomenological model to understand the stability of these states. Our experimental probes and theoretical modeling definitively characterize three different and tunable phases in one material, and provide insight for the design of new topological spin-texture materials.
  • Shape dependence of Edelstein and magnetoelectric effects in the V-shaped model
    Shuhei Kanda; Satoru Hayami, 18 Nov. 2025
    We theoretically investigate the shape dependence and microscopic mechanism of the magnetoelectric (ME) effect, including both nonmagnetic (Edelstein-type) and magnetic origins, in a V-shaped one-dimensional chain model. Our goal is to establish a symmetry-based framework linking local geometry to ME responses. Numerical calculations based on the Kubo formula reveal that the nonmagnetic-driven ME response is maximized at an apex angle of $θ\approx 0.6π$. To clarify its origin, we derive a low-energy effective Hamiltonian in the $s$-orbital subspace and demonstrate that the polarity induced by the V-shaped geometry manifests as an effective spin--orbit interaction. An analytical derivation of the Green's function shows that the geometric effect can be described as a $T$-matrix contribution associated with local symmetry breaking. This formulation provides a unified description of geometry-induced responses in terms of a scattering framework. Using a multipole-basis representation, we identify symmetry-based selection rules for the ME tensor and show that the coupling between the effective spin--orbit interaction and the orbital angular momentum generated across the apex plays an essential role. The resulting angular dependence, $\sinθ\sin{θ/2}$, peaks at $θ= 2\tan^{-1}\sqrt{2} \approx 0.608π$, in good agreement with the numerical results. We also analyze a ferromagnetic V-shaped model including the Zeeman interaction and show that the magnetic-driven ME response originates from the spin magnetization induced by the coupling between the electric-field--driven charge-potential gradient and the Zeeman term. These results reveal distinct ME mechanisms depending on the presence or absence of time-reversal symmetry and provide a microscopic framework for geometry-induced multipole phenomena.
  • Finite-momentum superconducting states due to odd-frequency Cooper pairing correlations
    Takumi Sato; Satoru Hayami; Shingo Kobayashi; Yasuhiro Asano, 03 Mar. 2025
    This paper discusses the origin of a nonuniform superconducting state in which Cooper pairs have a small but finite center-of-mass momentum. We analyze the instability of the normal state to such finite-momentum states using the pole of the pair fluctuation propagator in weak-coupling superconductors. The finite-momentum superconducting state is realized when the odd-frequency pairing correlations in the uniform superconducting state are expected to have sufficiently large amplitudes. We provide a perspective for a comprehensive understanding of inhomogeneous superconductivity and related phenomena.
  • Classification of multipoles induced by external fields and currents under electronic nematic ordering with quadrupole moments
    Satoru Hayami, 28 Nov. 2023
    We theoretically investigate the effect of external fields and currents on electronic nematic orderings based on the concept of augmented multipoles consisting of electric, magnetic, magnetic toroidal, and electric toroidal multipoles. We show the relation between rank-2 electric quadrupoles and the other multipoles, the former of which corresponds to the microscopic order parameter for the nematic phases. The electric (magnetic) field induces the rank-1 and rank-3 electric (magnetic) multipoles and rank-2 electric toroidal (magnetic toroidal) quadrupoles, while the electric current induces the rank-1 and rank-3 magnetic toroidal multipoles and rank-2 magnetic quadrupoles. We classify the active multipoles under magnetic point groups, which will be a reference to explore cross-correlation and transport phenomena in nematic phases.
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その10・最終回)
    速水 賢; 大岩 陸人; 八城 愛美; 柳 有起; 楠瀬 博明, 固体物理 / アグネ技術センター [編], 58, 7, 357, 376, Jul. 2023
    アグネ技術センター, Japanese
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その9)
    速水 賢; 大岩 陸人; 八城 愛美; 柳 有起; 楠瀬 博明, 固体物理 / アグネ技術センター [編], 58, 1, 11, 30, Jan. 2023
    アグネ技術センター, Japanese
  • Berry Phases in Electronic Structure Theory; Electric Polarization, Orbital Magnetization and Topological Insulators
    速水 賢, Butsuri, 77, 9, 642, 643, 05 Sep. 2022
    新著紹介

    Berry Phases in Electronic Structure Theory; Electric Polarization, Orbital Magnetization and Topological Insulators, The Physical Society of Japan, Japanese
  • 磁場方向に敏感なナノスケール磁気スキルミオン結晶の安定化機構
    速水 賢; 山家 椋太, 固体物理 / アグネ技術センター [編], 57, 4, 281, 291, Apr. 2022
    アグネ技術センター, Japanese
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その8)
    速水 賢; 八城 愛美; 柳 有起; 楠瀬 博明, 固体物理 / アグネ技術センター [編], 57, 3, 181, 201, Mar. 2022
    Japanese
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その7)
    速水 賢; 八城 愛美; 柳 有起; 楠瀬 博明, 固体物理 / アグネ技術センター [編], 56, 10, 507, 531, Oct. 2021
    アグネ技術センター, Japanese
  • 磁性物理の基礎概念；強相関電子系の磁性
    速水 賢, 日本物理学会誌, 76, 9, 611, 612, 05 Sep. 2021
    新著紹介

    磁性物理の基礎概念；強相関電子系の磁性, 一般社団法人 日本物理学会, Japanese
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その4)
    速水賢; 八城愛美; 柳有起; 楠瀬博明, 固体物理, 56, 1, 2021
  • Nonreciprocal Magnons due to Cluster Magnetic Toroidal Multipoles in Noncentrosymmetric Magnets
    松本拓哉; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Order parameter of the phase transition at 105 K on Ca5Ir3O12
    長谷川巧; 花手洋樹; 河野翔也; 松平和之; 筒井智嗣; 筒井智嗣; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Inelastic X-ray Scattering Study of the Hidden Order at 105 K in Ca5Ir3O12
    花手洋樹; 河野翔也; 松平和之; 長谷川巧; 筒井智嗣; 筒井智嗣; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • New mechanism for stabilizing the skyrmion crystals in itinerant magnets due to the magnetic anisotropy
    山家椋太; 山家椋太; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Hidden Order at 105 K and Current-induced Phenomena in the Geometrically Frustrated Iridates Ca5Ir3O12
    松平和之; 花手洋樹; 中村和磨; 河野翔也; 林田桃佳; 長谷川巧; 筒井智嗣; 筒井智嗣; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Classification of magnetic order by multipoles
    八城愛美; 楠瀬博明; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Hidden spin-orbit coupling under magnetic quadrupole ordering
    速水賢; 楠瀬博明, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その6)
    速水賢; 八城愛美; 柳有起; 楠瀬博明, 固体物理, 56, 7, 2021
  • ミクロな多極子による電子物性の表現論(その5)
    速水賢; 八城愛美; 柳有起; 楠瀬博明, 固体物理, 56, 4, 2021
  • Spin-wave excitation in multiple-Q magnetic orderings
    加藤康之; 速水賢; 求幸年, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Magnetic hedgehog lattices in centrosymmetric metals
    奥村駿; 速水賢; 加藤康之; 求幸年, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 76, 1, 2021
  • Generalization of microscopic multipoles and its applications to spontaneous orderings and cross-correlated phenomena
    楠瀬 博明; 速水 賢, 固体物理, 55, 11, 523, 534, Nov. 2020
    アグネ技術センター, Japanese
  • Serial Lecture : Microscopic multipole description in condensed matter physics(Part 3)
    速水 賢; 八城 愛美; 柳 有起; 楠瀬 博明, 固体物理, 55, 8, 379, 396, Aug. 2020
    アグネ技術センター, Japanese
  • Derivation of the anisotropic Kondo coupling starting from the periodic Anderson model with the anisotropic c-f hybridization
    Yambe Ryota; Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 75.1, 2074, 2074, 2020
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Nonreciprocal magnon by symmetric anisotropic exchange interaction in honeycomb antiferromagnet
    Matsumoto Takuya; Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 75.1, 935, 935, 2020
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Numerical study of the field effects on magnetic hedgehog lattices in itinerant magnets
    Okumura Shun; Hayami Satoru; Kato Yasuyuki; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 75.1, 1079, 1079, 2020
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Nonreciprocal electric current under magnetic toroidal ordering on a zigzag chain
    Yatsushiro Megumi; Yanagi Yuki; Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 75.1, 2071, 2071, 2020
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Understanding of spin-split band structures based on multipole degrees of freedom in crystals
    Hayami Satoru; Yanagi Yuki; Kusunose Hiroaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 75.1, 2070, 2070, 2020
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • First-principles calculation for the magneto-current effect in a pyrochlore oxide
    Yasuda Hironori; Kato Yasuyuki; Hayami Satoru; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 75.1, 1725, 1725, 2020
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Nonlinear electric transport in electric and magnetic odd-parity multipoles on a zigzag chain
    八城愛美; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020
  • Field-induced topological transitions in magnetic hedgehog lattices in itinerant magnets
    奥村駿; 速水賢; 加藤康之; 求幸年, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020
  • Skyrmion crystal induced by anisotropic spin-charge coupling in itinerant magnets
    山家椋太; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020
  • First-principles analysis of spin-orbital coupled phenomena in a pyrochlore oxide Cd2Re2O7
    安田寛徳; 加藤康之; 速水賢; 求幸年, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020
  • Relation between electronic-state modulations and magnetic structures in the magnetic skyrmion compound GdRu2Si2
    安井勇気; BUTLER Christopher J.; KHANH Nguyen D.; 速水賢; 野本拓也; 花栗哲郎; 求幸年; 有田亮太郎; 有田亮太郎; 有馬孝尚; 有馬孝尚; 十倉好紀; 十倉好紀; 関真一郎, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020
  • Theoretical study on NMR spectrum in the odd-parity multipole orderings in CeCoSi
    八城愛美; 速水賢, 日本物理学会講演概要集(CD-ROM), 75, 2, 2020
  • Serial Lecture : Microscopic multipole description in condensed matter physics(Part 2)
    速水 賢; 八城 愛美; 柳 有起; 楠瀬 博明, 固体物理, 55, 1, 1, 11, Jan. 2020
    アグネ技術センター, Japanese
  • Serial Lecture : Microscopic multipole description in condensed matter physics(Part 1)
    速水賢; 八城愛美; 柳有起; 楠瀬博明, 固体物理, 54, 3, 131, 145, Mar. 2019
    アグネ技術センター, Japanese
  • Skyrmion crystal phases in frustrated magnets with anisotropic exchange interactions
    Matsumoto Takuya; Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 74.1, 1237, 1237, 2019
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Multiple-Q order in a d-p model with strong Hund's coupling
    Yambe Ryota; Hayami S., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 74.1, 2012, 2012, 2019
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Microscopic theoretical study on toroidal moment and cross-correlated electronic properties
    Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 74.1, 1943, 1944, 2019
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Nonreciprocal magnon excitations on a breathing kagome lattice
    Matsumoto Takuya; Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 542, 542, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Classification of atomic-scale multipoles under crystallographic point groups
    Hayami Satoru; Yatsushiro Megumi; Yanagi Yuki; Kusunose Hiroaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1636, 1636, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Toroidal multipoles induced under the odd-parity crystalline electric field and magnetoelectric effect
    Yatsushiro Megumi; Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1542, 1542, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Augmented Multipoles and Cross-Correlated Couplings
    Hayami Satoru, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1418, 1419, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Spin splitting in κ-type molecular conductors
    Naka Makoto; Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki; Yanagi Yuki; Motome Yukitoshi; Seo Hitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1345, 1345, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Spin-current generation in κ-type molecular conductors
    Naka Makoto; Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki; Yanagi Yuki; Motome Yukitoshi; Seo Hitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1346, 1346, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Multipole ordering and nonreciprocal response in Cd2Re2O7
    Yanagi Yuki; Hayami Satoru; Motome Yukitoshi; Kusunose Hiroaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1411, 1411, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Possibility of electric toroidal quadrupole ordering in Cd2Re2O7
    Hayami Satoru; Yanagi Yuki; Kusunose Hiroaki; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1410, 1410, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Odd-parity multipoles and magnetoelectric effects in 5d transition metal oxides AOsO4(A=K, Rb, Cs)
    Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 73, 0, 1180, 1180, 2018
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Effect of magnetic anisotropy on skyrmion crystal in the Kondo lattice model
    Hayami Satoru; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 841, 841, 2017
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Multiple-Q magnetic orderings in the Kondo lattice model with the spin-orbit coupling
    Hayami Satoru; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 842, 842, 2017
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Theory of magnetoelectric response in honeycomb antiferromagnet Co4Nb2O9
    Yanagi Yuki; Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1685, 1685, 2017
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Toroidal multipoles in local parity mixing systems
    Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1684, 1684, 2017
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Theoretical study on magnetoelectric effect in Co4Nb2O9
    Yanagi Yuki; Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 2365, 2365, 2017

    Co4Nb2O9は低温で実現する反強磁性秩序相において新奇な電気磁気効果を示すことから注目を集めているが、その物理的起源は明らかでない。本研究では、Co4Nb2O9に対する現実的な多軌道有効模型を第一原理電子状態計算に基づき構築した。また、得られた有効模型にスピン軌道相互作用、反強磁性分子場を導入し、久保公式を用いて応答関数を計算することで電気磁気効果の起源について調べたのでその結果について報告する。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Temperature-field phase diagram of skyrmion crystals with different topological numbers in the Kondo lattice model
    Ozawa Ryo; Kato Yasuyuki; Hayami Satoru; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1236, 1236, 2017

    磁気スキルミオンは、そのトポロジカルに堅牢な性質を利用したスピントロニクスへの応用などが期待され注目を浴びている。本研究では、三角格子近藤模型において近年我々が発見したトポロジカル数が高いスキルミオン結晶相を含む温度-磁場相図を大規模数値シミュレーションによって調べた。その結果、有限温度や有限磁場において異なるスキルミオン結晶相が現れるパラメタ領域を明らかにした。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Skyrmion crystal phase induced by effective spin-spin interactions in the Kondo lattice model
    Hayami Satoru; Ozawa Ryo; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 1235, 1235, 2017

    非共面的な磁気構造をもつスキルミオン結晶相は、金属において異常ホール効果やスピンホール効果といった非従来型の輸送現象をもたらすことから注目を集めている。本研究では、フラストレート三角格子近藤模型におけるスキルミオン結晶相の新しい安定化機構を提案する。この安定化機構は、遍歴電子系の帯磁率のピーク構造に起因しており、従来のスピン軌道相互作用由来のスキルミオン結晶相の起源とは異なるものである。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • anomalous Hall effect in a triangular-lattice antiferromagnet UNi4B
    Oyamada A.; Yamamoto E.; Haga Y.; Hayami S.; Kusunose H.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 72, 0, 2014, 2014, 2017

    三角格子反強磁性体UNi_4_BはT_N_=20K以下で、渦を巻くような特異な磁気構造を示す。これに起因する非従来型の異常ホール効果が現れることが理論的に指摘されている。特にゼロ磁場でもホール効果が現れることが提案されている。現在、ゼロ磁場でのホール効果測定を行っており、理論との比較と合わせて報告する予定である。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Emergent spin-valley-orbital physics by spontaneous parity breaking
    Hayami Satoru; Kusunose Hiroaki; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 2013, 2013, 2016

    空間反転対称性のない系におけるスピン軌道相互作用は、電気磁気効果といった様々な興味深い現象を引き起こすことから近年大きな注目を集めている。本研究では、特に原子サイトに局所的な空間反転対称性の破れをもつ格子系に着目し、電荷・スピン・軌道自由度の自発的な対称性の破れがスピン軌道相互作用を通じて電子状態や輸送特性にどのような影響を与えるかを、ミニマムモデルであるハニカム格子上の2軌道ハバード模型に対して理論的に調べた結果を報告する。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Magnetic Vortex Induced by Nonmagnetic Impurity in Frustrated Magnets
    Hayami Satoru; Lin Shizeng; Batista Cristian, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 715, 715, 2016

    相互作用が競合したフラストレート磁性体においては、しばしば非共面的な磁気構造が現れ、トポロジカルに非自明な状態や新しい低エネルギー励起が生じる。今回我々は、フラストレート磁性体において、非磁性不純物により発現する磁気渦に着目する。本講演では、ランダウ・リフシッツ・ギルバート方程式および厳密対角化法を用いることにより、磁気渦の安定性に関する詳細な議論を行う。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Bubble and skyrmion crystals in frustrated magnets with easy-axis anisotropy
    Hayami Satoru; Lin Shizeng; Batista Cristian, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 716, 716, 2016

    複数の波数をもった秩序の重ね合わせで構成される多重Q磁気秩序は、スカーミオン格子などのトポロジカルに非自明な状態や新しい低エネルギー励起を生み出す。今回我々は、三角格子上でのスカーミオン格子状態の発現可能性と、そうした非共面的な磁気構造がもたらす熱力学的性質に着目する。本講演では、モンテカルロ法による有限温度におけるスカーミオン格子秩序の安定性およびその発現機構についての詳細な議論を行う。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • 19pBC-10 Domain Structure of Multiple-Q Ordered States in Itinerant Magnets
    Ozawa R.; Hayami S.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 1123, 1123, 2016

    スカーミオン結晶に代表される多重Q磁気秩序相は、一般に複雑なドメインを形成するため、その構造の解析が容易でないことが多い。本研究では、遍歴磁性体におけるこうしたドメイン形成の機構を理論的に明らかにするために、三角格子上の近藤格子模型に現れる三重Q秩序相に着目し、大規模な数値シミュレーションを用いた解析を行った。その結果、ドメインの形状がフェルミ面の性質やスピン電荷結合の大きさに強く支配されていることを見出した。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Collinear, coplanar, and noncoplanar magnetic transitions induced by the magnetic anisotropy and external magnetic field in spin-charge coupled systems
    Ozawa Ryo; Barros Kipton; Hayami Satoru; Motome Yukitoshi, Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 71, 0, 851, 851, 2016

    近年、スピン電荷結合系において、非共面的なスピン配置を持った多重Q磁気秩序状態が様々な形で現れることが明らかになってきた。本研究では、そうした非共面的スピン秩序状態に対する磁気異方性や外部磁場の効果を、大規模数値計算と変分計算を相補的に用いて調べた。その結果、共線的、共面的、非共面的なスピン配置を持つ多彩な多重Q磁気秩序相の間の相転移を見出した。

    , The Physical Society of Japan, Japanese
  • Spontaneous Inversion Symmetry Breaking in Itinerant Electron Systems : Unconventional Multipole Ordering, Spin/Valley-splitting, and Off-diagonal Response
    速水 賢; 楠瀬 博明; 求 幸年, 固体物理, 50, 5, 217, 234, May 2015
    アグネ技術センター, Japanese
  • 23pBF-12 Orbital order and anomalous electronic state in a d-p model with parity mixing
    Sugita Y.; Hayami S.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 70, 0, 2337, 2337, 2015
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 23pBF-13 Collective Excitations in Toroidal Ordered Systems
    Hayami S.; Kusunose H.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 70, 0, 2338, 2338, 2015
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 29pAY-2 Toroidal ordering in metals : band shift, magnetotransport, and magnetoelectric effect
    Hayami S.; Kusunose H.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 69, 0, 530, 530, 2014
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 9aBG-4 A stabilization mechanism of noncollinear and noncoplanar magnetic ordering in itinerant electron systems
    Hayami S.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 69, 0, 399, 399, 2014
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 9aBG-5 Spontaneous parity breaking in spin-orbital coupled systems
    Hayami S.; Kusunose H.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 69, 0, 400, 400, 2014
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 9aBG-6 Magnetic ordering in an extended Kondo lattice model with local parity mixing
    Hayami S.; Kusunose H.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 69, 0, 400, 400, 2014
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 26aXJ-11 Noncoplanar multiple-Q magnetic order with three-dimensional Dirac electrons in a cubic lattice system
    Hayami S.; Misawa T.; Yamaji Y.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 68, 0, 741, 741, 2013
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • Monte Carlo analysis for a multiple-Q magnetic order in a classical Kondo lattice model on a cubic lattice
    Hayami S.; Misawa T.; Yamaji Y.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 68, 0, 425, 425, 2013
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 21aFG-12 Multiple-Q magnetic order and charge order in the periodic Anderson model
    Hayami S.; Misawa T.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 67, 0, 577, 577, 2012
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 26pYB-7 Partial disorder at commensurate fillings in the periodic Anderson model on a triangular lattice
    Hayami S.; Udagawa M.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 67, 0, 666, 666, 2012
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 20pGB-10 Partial disorder induced by magnetic field and spin anisotropy in the periodic Anderson model on a triangular lattice
    Hayami S.; Udagawa M.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 67, 0, 556, 556, 2012
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 26aEF-8 Partial Kondo screening formation in frnstrated periodic Anderson model
    Hayami S.; Udagawa M.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 66, 0, 592, 592, 2011
    The Physical Society of Japan, Japanese
  • 22pGB-8 Partial disorder in the periodic Anderson model on a frustrated lattice
    Hayami S.; Udagawa M.; Motome Y., Meeting Abstracts of the Physical Society of Japan, 66, 0, 535, 535, 2011
    The Physical Society of Japan, Japanese
■ Lectures, oral presentations, etc.
■ Syllabus
  • 物理学論文輪講, 2024年, 修士課程, 理学院
  • 磁性物理学, 2024年, 修士課程, 理学院
  • 物理学外国語文献講読Ⅰ, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 物理学外国語文献講読Ⅰ, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 現代物理学特論, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 物性物理学, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 物理学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 現代物理学, 2024年, 学士課程, 理学部
■ Affiliated academic society
  • THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN
■ Research Themes
  • 多極子表現論の深化と機能物性の開拓
    2024 - 2031
    速水 賢
    本研究では、固体中の内部自由度を系統的に表現できる多極子基底の概念を、異なる時空間スケールに対しても適用できるよう理論形式を深化することで、様々な空間・時間スケールのもとで発現する物性現象を統一的な視点から系統づけることを目指します。また、その際に現れる新しい内部自由度を外場や自発的相転移を通して制御することで、多彩な時空間ダイナミクスを示す新規機能物性を探索するための理論的枠組みを構築します。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/創発的研究支援事業, 24837919
  • Fundamental Theories and Theoretical Design of Asymmetric Quantum Matters
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2023 - 31 Mar. 2028
    大槻 純也; 服部 一匡; 速水 賢; 野村 悠祐; 是常 隆
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A), Okayama University, 23H04869
  • Advancing quantum magnetism using neutron scattering technique
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2027
    佐藤 卓; 木村 尚次郎; 速水 賢
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Tohoku University, 22H00101
  • 電気トロイダル単極子によるカイラル物質の特性解明と外場制御
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2023 - 31 Mar. 2026
    楠瀬 博明; 速水 賢
    固体結晶中の多様な電子自由度を多極子の自由度を用いて整理することで、交差相関物性を系統的に理解する試みにおいて、電子系のハミルトニアンを多極子基底で展開する一般的手法を開発した。また、線形及び非線形応答において、その発現に必須のモデルパラメータを系統的に特定する手法を開発し、多極子基底で 表したハミルトニアンと併用して、各種物性応答の微視的起源を明らかにする一般的な処方箋を与えた。また、これらの基底を視覚的に表現する描画ツールを開発し、一般公開している。
    以上の知見を基に、カイラル物質を量子論の観点から理解することを目標にして、以下のような成果を得た。カイラル系の典型物質Teに手法を適用し、カイラリティに関与するミクロな電子自由度を特定し、電場と格子回転のような極性と軸性を変換する新しい応答現象を見出した。カイラリティを量子論的に理解するための概要をまとめたレビュー論文を執筆した。カイラル物質に対する電磁場応答を、フロッケ理論を活用して解析し、円偏光電磁場とカイラリティの結合様式を明らかにした。また、カイラル結晶とカイラルフォノンとの結合に関して、格子模型を用いて解析し、エネルギー分散に関して一般的に成り立つ法則を明らかにした。そのほか、強軸性秩序と呼ばれる系に対する横型応答を利用したスピン流生成の提案、電場によるキラリティの誘起、また、ある種の反強磁性体は軸性のスカラー秩序とみなせて、この状態に静的な電場と磁場を印加することによりカイラリティが誘起できることなどを提案した。さらに、秩序変数が長年未解決のURu2Si2の秩序変数として交替型のカイラル電荷秩序というシナリオを提案し、可能な確認実験を提案した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 明治大学, 23K03288
  • スピン軌道結合系イリジウム酸化物の逐次新奇相転移と電流誘起交差相関物性の解明
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
    松平 和之; 筒井 智嗣; 長谷川 巧; 網塚 浩; 中村 和磨; 山地 洋平; 速水 賢
    テーマA 逐次相転移の微視的自由度の解明
    前年度の成果である，中間相の結晶構造がR3であり電気トロイダル秩序で理解できることを示した論文が公表された。
    松平と筒井は，Ca5Ir3O12の放射光メスバウアー分光測定を進めた。電子状態やフォノン分散を矛盾なく説明できる新たなスペクトルの解析モデルを見出すことができた。また、そのスペクトルは入射X線のパルス条件に依存することが明らかとなった。松平と筒井は，フランスのESRFにてRIXSの測定を行い1eV以下の低エネルギーでのスペクトルの温度変化を取得した。現在，解析中である。長谷川はIrが４価と５価のイオンの多電子状態からなると仮定して、磁化率の計算をおこない、2022年度に明らかにした磁化率の異方性と大きさを再現する基底状態を明らかにした。その結果、105 Kの転移は５価イオンの自由度を利用した転移である可能性、7.5 Kの磁気転移では４価イオンの|J|=3/2イジング状態による八極子が生じる可能性を見出した。網塚は単結晶試料の磁気転移の詳細を調べ多結晶試料との相違について明らかにした。単結晶試料にわずかな組成のズレが生じている可能性を示した。
    テーマB 電流誘起交差相関現象の解明
    前年度の成果である，放射光赤外分光による光学伝導度に関する論文が公表された。松平と筒井は，電流印加下での単結晶放射光X線回折を行い，自己発熱による熱膨張の影響を超えた格子定数の電流変化が生じていることを明らかにした。速水は電気トロイダル双極子秩序下で生じる非線形磁気歪み現象に関する対称性および数値模型解析を行うことで、電気トロイダル双極子モーメントを観測するための実験手法を示した。山地と中村が非線形伝導などのメカニズムに関して現象論的なアプローチを開始した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 九州工業大学, 23K22454
  • スピン軌道結合系イリジウム酸化物の逐次新奇相転移と電流誘起交差相関物性の解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
    松平 和之; 網塚 浩; 筒井 智嗣; 中村 和磨; 長谷川 巧; 山地 洋平; 速水 賢
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 九州工業大学, 22H01183
  • Systematic understanding of cross-correlated coupling and quantum transport based on augmented multipoles and exploring for functional materials
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2025
    速水 賢
    物性物理における多彩な機能物性の発現は、系のマクロな対称性により予測されるが、より高機能・高効率な物質設計へとつなげていくためには、それらの発現に本質的なミクロな電子自由度の役割を理解する必要がある。本研究の目的は、結晶中における電子自由度を統一的に表現できる “拡張多極子”を用いることで、従来の群論による「マクロな対称性⇔物性」の枠組みを超えて「ミクロな電子自由度⇔物性」という電子自由度に立脚した新しい理論形式を構築することである。本年度においては、非従来型の多極子を伴う秩序状態の発現によって現れる交差相関応答および量子伝導に関する知見を得ることを目指した。具体的な研究成果を以下に示す。
    (1) 磁気トロイダル双極子秩序および磁気四極子秩序が示す内因性非線形異常ホール効果の微視的機構の解析、(2) 立方晶系における多重Q磁気秩序を解析するための有効スピン模型構築、(3) 対称性適合多極子基底を用いた分子および結晶に対する表現論の構築、(4) 結晶点群Tdにおける磁気スキルミオン結晶の安定化機構、(5) 面内磁場印加による反強磁性スキルミオン結晶の発現に関する理論提案、(6) 空間反転対称な正方格子系における磁気バブル相の発現に関する理論提案、(7) フロッケ理論および磁性表現論に基づいたレーザー誘起磁気相互作用の導出、(8) 4重Q磁気秩序におり構成されるチェッカーボードバブル結晶相の発現に関する理論提案、(9) 2重Q磁気秩序におけるチャーン絶縁体の解析、(10) 反強磁性体における時間反転変換応答、(11) URu2Si2における隠れた秩序変数としてのカイラル電荷秩序の理論提案、(12) 極性磁性体EuNiGe3における複数の磁気スキルミオン相の構造相転移の理論、(13)極性結晶におけるハイブリッドスキルミオン結晶相およびアンチスキルミオン結晶相の発現に関する理論提案。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 23K20827
  • Systematic understanding of cross-correlated coupling and quantum transport based on augmented multipoles and exploring for functional materials
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2025
    速水 賢
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), The University of Tokyo, 21H01037
  • Electronic nematic phase under the breaking of time-reversal, spatial inversion, and gauge symmetries
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2024
    速水 賢
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), The University of Tokyo, 22H04468
  • Nonreciprocal magnons in noncentrosymmetric magnets
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2023
    佐藤 卓; 那波 和宏; 木村 尚次郎; 速水 賢; 奥山 大輔
    磁性体の秩序状態からの素励起であるマグノンはスピン流の担い手として近年大きな注目を集めている。本研究は反転対称性が破れた磁性体に予想されるマグノンの非相反伝播（順方向伝播と逆方向伝播の不等価性）の確認、並びにその外場制御の可能性の探索を最終目標にしている。研究計画はi)非相反マグノン物質群の微視的機構解明、ii)新非相反マグノン物質の探索と発見、iii)マグノン分散に対する電場等の外場効果の確認からなっている。研究初年度である2019年度はi), ii), iii)のそれぞれについて以下の研究を行った。
    i) a-Cu2V2O7 は反転対称が破れた反強磁性であり、我々のこれまでの研究で反強磁性マグノン分散の分裂が初めて確認された物質である。本物質に関する初年度の研究実績は次にまとめられる。改良ブリッジマン法による cm サイズ単結晶の安定育成手法の確立。単結晶を用いた電場下磁気測定による電気磁気効果の理解（協力者Piyawongwatthanaおよび分担者木村と共同）。精密X線構造解析による反転ドメイン不在の確認（協力者Piyawongwatthanaおよび分担者奥山と共同）。
    ii) 非相反マグノン候補物質としてデータベースを駆使し種々の物質を探索した。候補としてあがった1物質（Cu-Mo-Se酸化物）に関して、実際に水熱法による試料合成、バルク磁気測定、および粉末中性子回折実験を行った（協力者Piyawongwatthana および分担者那波と共同）。
    iii) 外場下のマグノン非相反制御の可能性探索としては、面内磁場効果の理論的に検討を行った（分担者速水）。また、電場中のマグノン分散制御の可能性探索としてa-Cu2V2O7 の電場下マグノン測定の予備実験を行った。
    これらの研究により非相反マグノンを生じさせるマグノン分散に関する理解が大きく進んだ。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tohoku University, Competitive research funding, 19H01834
  • らせん構造に立脚した新規トポロジカル磁性体の理論的研究
    2020 - 2023
    速水 賢
    本研究の目的は、多様な結晶構造と微視的機構のもとで発現するトポロジカル磁性体を、らせん磁気構造がもつ内部自由度の視点から系統的に分類することで、それらが発現するために必要な結晶対称性およびその安定化機構を明らかにすることです。さらに、それらの情報を記したデータベースを作成することで、トポロジカル磁性材料の候補物質を劇的に増やし、既存の理解に囚われない新規トポロジカル磁性体探索の礎を築きます。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/さきがけ, 20334186
  • Study for emergent spin-orbit phenomena based on atomic-scale multipole ordering
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    01 Apr. 2019 - 31 Mar. 2022
    楠瀬 博明; 速水 賢
    固体結晶中の多様な秩序を電子多極子の自由度を用いて整理することにより、交差相関物性の理解が大きく進展してきた。
    通常、交差相関にはスピン軌道相互作用が不可欠の要素と広く認識されている。
    本研究では、従来の常識とは異なり、スピン軌道相互作用が弱い極限において、有効的なスピン軌道相互作用が磁気秩序によって創出されるという可能性を追求している。
    電子多極子の知見を用いると、このような創発スピン軌道物性がどのような条件下で生じ得るか、見通しよく議論することができる。これらの条件を明確にすることで、スピン軌道相互作用が弱い3d電子系などの物質群における新しいスピン軌道物性を開拓することが目的である。
    この目的に対して、多極子を考えるユニットとなる副格子を対称性に基づき分類し、共線的磁気秩序と非共線磁気秩序の場合にに分けて、創発スピン軌道物性の発現機構を明らかにした。共線的磁気秩序の場合は、電気多極子がスピン秩序と結合することで、有効的なスピン軌道相互作用が生じるが、これらは波数空間において対称的なスピン分裂をもたらす。従って、生じ得る交差相関物性は多くの場合、縦応答となり、異常ホール効果やスピンホール効果などの横応答とは質的に異なる現象となる。非共線的磁気秩序の場合は、副格子内の多極子は磁気秩序と高次の結合となる。特に、変調したカゴメ格子の120°磁気構造のような空間反転対称性を破る磁気秩序の場合、反対称なスピン軌道相互作用が有効的に生み出され、結晶構造に元々組み込まれた反対称スピン軌道相互作用と同じ物性が生じる。非相反の輸送現象やスピンホール効果などの横応答が期待される。このような知見に基づき、多くの交差相関応答を一般的に議論したほか、このような理論の応用例として、スピン軌道相互作用がほとんど無視できる有機反強磁性体に対して、電場印可や熱勾配によるスピン流生成の新しい機構を提案した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Meiji University, Competitive research funding, 19K03752
  • Stabilization mechanism of chiral magnetic orderings in itinerant magnets and search of unusual magnetotransport
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    Hayami Satoru
    We have theoretically investigated the stabilization mechanism and magneto-transport phenomena under a plethora of chiral magnetic textures in itinerant magnets. We have shown that the Bloch-type and/or Neel-type skyrmion crystals are stabilized by the interplay between the spin-orbit coupling and the spin-charge coupling in noncentrosymmetric itinerant magnets. We also found that various multiple-Q states are induced by the Fermi surface instability of itinerant electrons in centrosymmetric itinerant magnets. Furthermore, we have constructed an effective model to account for magnetic skyrmion crystals and magnetic bubble crystals discovered in experiments. We also have analyzed magneto-transport phenomena in these chiral magnetic orderings.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, Principal investigator, Competitive research funding, 18K13488
  • 局所的な軌道混成に由来するトロイダル多極子がもたらす新奇マルチフェロイクスの開拓
    科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2020
    速水 賢
    本研究の目的は、固体中での電子のミクロな自由度を表現する多極子を用いて、多彩な物性現象を理解する基礎を築くことである。特に、電子の波動関数自由度(s, p, d, f軌道)に着目して、それらの混成軌道がもたらす新規多極子秩序を理論的に明らかにすることである。具体的には、以下の研究成果を得た。
    (1) スピン軌道結合金属Cd2Re2O7における電気トロイダル四極子秩序の理論的提案：5d電子系パイロクロア化合物Cd2Re2O7を対象とし、実験で観測されたおよそ200Kと120Kにおける２つの構造相転移が、奇パリティ多極子の一つである電気トロイダル四極子秩序の発現と対応していることを理論的に明らかにした。また、電気トロイダル四極子秩序の発現により、電子状態においてスピン-運動量ロッキングが生じ、さらには電流有機磁気効果や非相反伝導現象が誘起されることを見出した。
    (2) コリニア磁気秩序のもとで生じるスピン分裂バンド構造の微視的理解：ミクロな多極子の表現論を用いることにより、スピン軌道相互作用のないコリニア反強磁性において、スピン分裂を示すバンド構造やスピン流生成といった創発スピン軌道物性が実現できることを明らかにした。
    (3) 反強電気四極子秩序が誘起するクラスター奇パリティ多極子秩序の理論：ここではf電子系化合物であるCeCoSiを対象とし、そこで観測された特異な電子秩序相を説明するための理論形式を構築した。具体的には、Ceサイトにおける局所的な反転中心の破れやスピン軌道相互作用、d-f軌道混成といった複合的な効果を取り込んだ有効模型を導出し、平均場計算を用いることで交替的な反強電気四極子秩序が発現する可能性を指摘した。さらにこうした交替的な反強電気四極子秩序は奇パリティ多極子の一つであるクラスター電気トロイダル四極子秩序によって特徴づけられることを明らかにした。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), Principal investigator, Competitive research funding, 18H04296
  • 結晶の磁気異方性に基づいた新しいスキルミオン結晶の理論的探索
    豊田理研スカラー
    Apr. 2019 - Mar. 2020
    速水 賢
    豊田理化学研究所, Principal investigator, Competitive research funding
  • Theoretical search and control of toroidal moment hidden in magnetic states with strong spin-orbit coupling
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
    26 Aug. 2016 - 31 Mar. 2018
    Hayami Satoru
    We microscopically formulated toroidal moments in the absence of time-reversal and spatial inversion symmetries. We also investigated how to observe and control toroidal moments in experiments from the theoretical side. (1)We derived an effective spin-orbit coupling under the toroidal ordering for the model including the crystalline-electric field, atomic spin-orbit coupling, and electron correlation by perturbative analysis. (2) We clarified that toroidal moments are induced around the nonmagnetic impurity site in the ferromagnets with the strong spin-orbit coupling on the triangular lattice. (3) We examined the 5d transition oxide KOsO4, which is a potential candidate showing toroidal moments.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, Hokkaido University, 16H06590
  • Theory of quantum conducting states and optical responses by space-time inversion breaking
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018
    Kusunose Hiroaki
    We have developed the quantum-conducting phenomena and exotic optical responses driven by spontaneous symmetry breaking of space-time inversion symmetry for f- and d-electron systems with strong spin-orbit coupling. We have elucidated their mechanism from the microscopic point of view. Especially, we have achieved the following results: (1) the prediction of magneto-current effect in UNi4B showing vortex-like magnetic ordering, which is regards as the ferroic toroidal ordering, (2) the prediction of non-reciprocal magnon in the zig-zag structure corresponding to α-Cu2V2O7, (3) microscopic understanding for peculiar magneto-electric effect observed in Co4Nb2O9, (4) comprehensive understanding of cross correlations based on two-band Hubbard model on the honeycomb lattice. Moreover, we have developed the theoretical framework of argumented multipoles, namely, cluster and hybrid multipoles, which are very useful to analyze a variety of cross-correlated phenomena in s
    systematic way.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Meiji University, Competitive research funding, 15K05176
  • 近藤系が示す部分無秩序に伴う新奇な磁気・電荷秩序形成と磁気伝導現象の理論的研究
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    01 Apr. 2012 - 31 Mar. 2015
    速水 賢
    研究代表者は、幾何学的フラストレーションの下で発現する新奇物性のひとつとして、部分無秩序状態と呼ばれる磁気秩序状態を研究してきた。本年度においては、幾何学的にフラストレートした格子構造をもつ三角格子とフラストレートしていない正方格子や立方格子の結果を詳細に比較することにより、格子構造の違いが部分無秩序をはじめとする電子系の秩序状態にどのような影響をもたらすか、また実験で部分無秩序物質と報告されているUNi4Bのスピン構造を実現するための微視的な模型はどのようなものであるか、を理解・解明することを目指した。
    まず前者に対しては、幾何学的にフラストレートしていない正方格子や立方格子上の近藤格子模型を考え、ハートリー・フォック近似、モンテカルロ計算、クラスター動的平均場近似という３つの相補的な手法を用いることにより、量子揺らぎの効果を調べた。その結果、部分無秩序状態で見られた電荷秩序状態と正方格子や立方格子上のクォーターフィリングにおいて報告されていた電荷秩序状態との類似点や相違点を明らかにした。また、どちらの相においても、遍歴電子と局在スピン間に働く交換相互作用が、相の安定性に重要な影響を及ぼすことを明らかにした。正方格子や立方格子上の電荷秩序状態においては、磁気秩序の存在は必ずしも必要ではないが、一方で三角格子上の部分無秩序状態で見られる電荷秩序は系が磁気的なフラストレーションを解消することによって生じることから、磁気秩序が本質的に重要な役割を果たしていることを明らかにした。
    後者に対しては、部分無秩序物質であるUNi4Bを対象として、この物質で観測されている渦状の磁気構造を再現する微視的な模型を構築することに成功した。さらに、UNi4Bにおいては、新奇な内因性ホール効果が生じる可能性があることを指摘した。
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 東京大学, Principal investigator, Competitive research funding, 12J09153