所属
大学院理学研究科 理学専攻 物理学第一 講師
大学院担当
大学院理学研究科
学部担当
理学部 物理学科
職名
講師
連絡先
ヤマカゲ アイ
山影 相
YAMAKAGE Ai
学位 1
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博士（理学） （ 2011年3月 東北大学 ）
研究キーワード 1
-
トポロジカル絶縁体・超伝導体・接合・アンダーソン局在
経歴 4
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名古屋大学大学院理学研究科 助教
2017年4月 - 現在
国名：日本国
-
名古屋大学大学院工学研究科 特任助教
2014年12月 - 2017年3月
国名：日本国
-
名古屋大学大学院工学研究科 研究員
2011年4月 - 2014年11月
国名：日本国
-
日本学術振興会 特別研究員（DC1）
2008年10月 - 2011年3月
国名：日本国
学歴 2
-
東北大学 理学研究科 物理学専攻
- 2011年3月
国名： 日本国
-
東北大学 理学部 物理学科
2002年4月 - 2006年3月
国名： 日本国
所属学協会 1
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日本物理学会
受賞 5
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日本物理学会 第24回（2019年）論文賞
2019年 日本物理学会
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Journal of the Physical Society of Japan: Most Cited Articles in 2017 from Vol. 85 (2016)
2016年 Journal of the Physical Society of Japan Line-Node Dirac Semimetal and Topological Insulating Phase in Noncentrosymmetric Pnictides CaAgX (X = P, As)
Ai Yamakage, Youichi Yamakawa, Yukio Tanaka, and Yoshihiko Okamoto
-
Journal of the Physical Society of Japan: Most Cited Articles in 2017 from Vol. 85 (2016)
2016年 Journal of the Physical Society of Japan Low Carrier Density Metal Realized in Candidate Line-Node Dirac Semimetals CaAgP and CaAgAs
Yoshihiko Okamoto, Takumi Inohara, Ai Yamakage, Youichi Yamakawa, and Koshi Takenaka
-
第8回（2014年） 日本物理学会若手奨励賞（領域４）
2014年 日本物理学会 トポロジカル絶縁体の輸送理論における先駆的研究
山影相
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Journal of the Physical Society of Japan: Most Cited Articles in 2012 from Vol. 80 (2011)
2011年 Journal of the Physical Society of Japan Disorder-Induced Multiple Transition involving Z2 Topological Insulator
Ai Yamakage, Kentaro Nomura, Ken-Ichiro Imura, and Yoshio Kuramoto
論文 32
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Nonlinear charge transport properties in chiral tellurium 査読有り
Nakazawa, K; Yamaguchi, T; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW MATERIALS 8 巻 ( 9 ) 2024年9月
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Microscopic theory of nonlinear Hall effect induced by electric field and temperature gradient 査読有り
Yamaguchi, T; Nakazawa, K; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW B 109 巻 ( 20 ) 2024年5月
-
Ominato, Y; Yamakage, A; Matsuo, M
PHYSICAL REVIEW B 109 巻 ( 12 ) 2024年3月
-
Yano, R; Nagasaka, S; Matsubara, N; Saigusa, K; Tanda, T; Ito, S; Yamakage, A; Okamoto, Y; Takenaka, K; Kashiwaya, S
NATURE COMMUNICATIONS 14 巻 ( 1 ) 2023年10月
-
Kikuchi, R; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW B 108 巻 ( 8 ) 頁： 085204 2023年8月
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Majorana spin current generation by dynamic strain 査読有り
Yamazaki, Y; Funato, T; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW B 108 巻 ( 6 ) 2023年8月
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Hall effect of ferro/antiferromagnetic wallpaper fermions 査読有り
Mizuno, K; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW B 107 巻 ( 23 ) 2023年6月
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Quantum Transport in Spin-1 Chiral Fermion: Self-Consistent Born Approximation 査読有り
JPS Conference Proceedings 2023年5月
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Anisotropic spin-current spectroscopy of ferromagnetic superconducting gap symmetries 査読有り 国際共著
Funaki, H; Yamakage, A; Matsuo, M
PHYSICAL REVIEW B 107 巻 ( 18 ) 2023年5月
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Acoustic spin transport by superconducting quasiparticles 査読有り 国際共著
Funato, T; Yamakage, A; Matsuo, M
PHYSICAL REVIEW B 106 巻 ( 21 ) 2022年12月
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Quantum transport of a spin-1 chiral fermion 査読有り
Kikuchi, R; Funato, T; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW B 106 巻 ( 23 ) 2022年12月
-
Anisotropic superconducting spin transport at magnetic interfaces 査読有り 国際共著
Ominato, Y; Yamakage, A; Matsuo, M
PHYSICAL REVIEW B 106 巻 ( 16 ) 2022年10月
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Ominato, Y; Yamakage, A; Kato, T; Matsuo, M
PHYSICAL REVIEW B 105 巻 ( 20 ) 2022年5月
-
Giant Peltier conductivity in an uncompensated semimetal Ta<sub>2</sub>PdSe<sub>6</sub> 査読有り
Nakano, A; Yamakage, A; Maruoka, U; Taniguchi, H; Yasui, Y; Terasaki, I
JOURNAL OF PHYSICS-ENERGY 3 巻 ( 4 ) 頁： 044004-1 - 044004-8 2021年10月
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Electric Multipoles of Double Majorana Kramers Pairs 査読有り
Yamazaki, Y; Kobayashi, S; Yamakage, A
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 90 巻 ( 7 ) 頁： 073701-1 - 073701-5 2021年7月
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Theory of Magnetic-Texture-Induced Anomalous Hall Effect on the Surface of Topological Insulators 査読有り
Yamaguchi, T; Yamakage, A
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 90 巻 ( 6 ) 頁： 063703-1 - 063703-5 2021年6月
-
Majorana multipole response: General theory and application to wallpaper groups 査読有り
Kobayashi, S; Yamazaki, Y; Yamakage, A; Sato, M
PHYSICAL REVIEW B 103 巻 ( 22 ) 2021年6月
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Imai, Y; Yamakage, A; Kohno, H
PHYSICAL REVIEW B 103 巻 ( 14 ) 2021年4月
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Magnetic response of Majorana Kramers pairs with an order-two symmetry 査読有り
Yamazaki, Y; Kobayashi, S; Yamakage, A
PHYSICAL REVIEW B 103 巻 ( 9 ) 頁： 094508 2021年3月
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Spintronic properties of topological surface Dirac electrons with hexagonal warping 査読有り
Imai, Y; Yamaguchi, T; Yamakage, A; Kohno, H
PHYSICAL REVIEW B 103 巻 ( 5 ) 頁： 054402 2021年2月
-
High-mobility carriers induced by chemical doping in the candidate nodal-line semimetal CaAgP 査読有り
Okamoto, Y; Saigusa, K; Wada, T; Yamakawa, Y; Yamakage, A; Sasagawa, T; Katayama, N; Takatsu, H; Kageyama, H; Takenaka, K
PHYSICAL REVIEW B 102 巻 ( 11 ) 2020年9月
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Nodal Andreev spectra in multi-Majorana three-terminal Josephson junctions 査読有り 国際共著
Sakurai, K; Mercaldo, MT; Kobayashi, S; Yamakage, A; Ikegaya, S; Habe, T; Kotetes, P; Cuoco, M; Asano, Y
PHYSICAL REVIEW B 101 巻 ( 17 ) 2020年5月
-
Magnetic Response of Majorana Kramers Pairs Protected by Z<sub>2</sub> Invariants 査読有り
Yamazaki, Y; Kobayashi, S; Yamakage, A
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 89 巻 ( 4 ) 2020年4月
-
Ominato, Y; Yamakage, A; Nomura, K
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 88 巻 ( 11 ) 2019年11月
-
Majorana Multipole Response of Topological Superconductors
Kobayashi, S; Yamakage, A; Tanaka, Y; Sato, M
PHYSICAL REVIEW LETTERS 123 巻 ( 9 ) 2019年8月
-
Spin-Orbit-Coupling-Induced Type-I/type-II Dirac Nodal-Line Metal in Nonsymmorphic CaSb<sub>2</sub>
Funada, K; Yamakage, A; Yamashina, N; Kageyama, H
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 88 巻 ( 4 ) 2019年4月
-
Electric Polarization in Magnetic Topological Nodal Semimetal Thin Films
Ominato Yuya, Yamakage Ai, Nomura Kentaro
CONDENSED MATTER 3 巻 ( 4 ) 2018年12月
-
Berry Phase of Dirac Nodal Line Semimetal in Single-Component Molecular Conductor
Suzumura, Y; Yamakage, A
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 87 巻 ( 9 ) 2018年9月
-
Takane, D; Nakayama, K; Souma, S; Wada, T; Okamoto, Y; Takenaka, K; Yamakawa, Y; Yamakage, A; Mitsuhashi, T; Horiba, K; Kumigashira, H; Takahashi, T; Sato, T
NPJ QUANTUM MATERIALS 3 巻 2018年1月
-
Crossing-line-node semimetals: General theory and application to rare-earth trihydrides
Kobayashi, S; Yamakawa, Y; Yamakage, A; Inohara, T; Okamoto, Y; Tanaka, Y
PHYSICAL REVIEW B 95 巻 ( 24 ) 2017年6月
-
Inohara, T; Okamoto, Y; Yamakawa, Y; Yamakage, A; Takenaka, K
APPLIED PHYSICS LETTERS 110 巻 ( 18 ) 2017年5月
-
Anisotropic Magnetic Responses of Topological Crystalline Superconductors
Xiong, YS; Yamakage, A; Kobayashi, S; Sato, M; Tanaka, Y
CRYSTALS 7 巻 ( 2 ) 2017年2月
書籍等出版物 2
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物質中のマヨラナ粒子の磁気異方性－ 映進対称性と四極子型の磁気応答－ 査読有り
山崎勇樹・小林伸吾・山影相 （ 担当： 共著）
固体物理 2021年1月
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Graphene in Spintronics: Fundamentals and Applications
Junichiro Inoue, Ai Yamakage, Syuta Honda（ 担当： 共著 , 範囲: 2 Basic Features of Graphene）
Pan Stanford 2016年5月
MISC 30
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Low Carrier Density Metal Realized in Candidate Line-Node Dirac Semimetals CaAgP and CaAgAs 査読有り
Okamoto Yoshihiko, Inohara Takumi, Yamakage Ai, Yamakawa Youichi, Takenaka Koshi
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN85 巻 ( 12 ) 2016年12月
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Photovoltaic anomalous Hall effect in line-node semimetals 査読有り
Taguchi Katsuhisa, Xu Dong-Hui, Yamakage Ai, Law K. T.
PHYSICAL REVIEW B94 巻 ( 15 ) 2016年10月
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Line-Node Dirac Semimetal and Topological Insulating Phase in Noncentrosymmetric Pnictides CaAgX (X = P, As) 査読有り
Yamakage Ai, Yamakawa Youichi, Tanaka Yukio, Okamoto Yoshihiko
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN85 巻 ( 1 ) 2016年1月
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Superconductivity in the Hexagonal Ternary Phosphide ScIrP 査読有り
Okamoto Yoshihiko, Inohara Takumi, Yamakawa Youichi, Yamakage Ai, Takenaka Koshi
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN85 巻 ( 1 ) 2016年1月
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Quantum thermal Hall effect of Majorana fermions on the surface of superconducting topological insulators 査読有り
Shimizu Yosuke, Yamakage Ai, Nomura Kentaro
PHYSICAL REVIEW B91 巻 ( 19 ) 2015年5月
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Majorana braiding dynamics in nanowires 査読有り
Amorim Cassio Sozinho, Ebihara Kazuto, Yamakage Ai, Tanaka Yukio, Sato Masatoshi
PHYSICAL REVIEW B91 巻 ( 17 ) 2015年5月
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Dirac-fermion-induced parity mixing in superconducting topological insulators 査読有り
Mizushima Takeshi, Yamakage Ai, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
PHYSICAL REVIEW B90 巻 ( 18 ) 2014年11月
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Effect of Fermi surface evolution on superconducting gap in superconducting topological insulator 査読有り
Hashimoto Tatsuki, Yada Keiji, Yamakage Ai, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
SUPERCONDUCTOR SCIENCE & TECHNOLOGY27 巻 ( 10 ) 2014年10月
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Topological phase transition in a topological crystalline insulator induced by finite-size effects 査読有り
Ozawa Hideyuki, Yamakage Ai, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
PHYSICAL REVIEW B90 巻 ( 4 ) 2014年7月
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Quasi-Classical Theory of Tunneling Spectroscopy in Superconducting Topological Insulator 査読有り
Takami Shota, Yada Keiji, Yamakage Ai, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN83 巻 ( 6 ) 2014年6月
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Mirror Majorana zero modes in spinful superconductors/superfluids Non-Abelian anyons in integer quantum vortices 査読有り
Sato Masatoshi, Yamakage Ai, Mizushima Takeshi
PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES55 巻 頁： 20-24 2014年1月
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Interference of Majorana fermions in NS junctions 査読有り
Yamakage Ai, Sato Masatoshi
PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES55 巻 頁： 13-19 2014年1月
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Theory of tunneling spectroscopy in a superconducting topological insulator 査読有り
Yamakage Ai, Yada Keiji, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS494 巻 頁： 20-23 2013年11月
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Charge transport in pn and npn junctions of silicene 査読有り
Yamakage Ai, Ezawa Motohiko, Tanaka Yukio, Nagaosa Naoto
PHYSICAL REVIEW B88 巻 ( 8 ) 2013年8月
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Symmetry-Protected Majorana Fermions in Topological Crystalline Superconductors: Theory and Application to Sr2RuO4 査読有り
Ueno Yuji, Yamakage Ai, Tanaka Yukio, Sato Masatoshi
PHYSICAL REVIEW LETTERS111 巻 ( 8 ) 2013年8月
-
Criticality of the metal-topological insulator transition driven by disorder 査読有り
Yamakage Ai, Nomura Kentaro, Imura Ken-Ichiro, Kuramoto Yoshio
PHYSICAL REVIEW B87 巻 ( 20 ) 2013年5月
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Bulk Electronic State of Superconducting Topological Insulator 査読有り
Hashimoto Tatsuki, Yada Keiji, Yamakage Ai, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN82 巻 ( 4 ) 2013年4月
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Anomalous Josephson current in superconducting topological insulator 査読有り
Yamakage Ai, Sato Masatoshi, Yada Keiji, Kashiwaya Satoshi, Tanaka Yukio
PHYSICAL REVIEW B87 巻 ( 10 ) 2013年3月
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Theory of tunneling spectroscopy for chiral topological superconductors 査読有り
Ii Akihiro, Yamakage Ai, Yada Keiji, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
PHYSICAL REVIEW B86 巻 ( 17 ) 2012年11月
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Theory of tunneling conductance and surface-state transition in superconducting topological insulators 査読有り
Yamakage Ai, Yada Keiji, Sato Masatoshi, Tanaka Yukio
PHYSICAL REVIEW B85 巻 ( 18 ) 2012年5月
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Evolution of Edge States and Critical Phenomena in the Rashba Superconductor with Magnetization 査読有り
Yamakage Ai, Tanaka Yukio, Nagaosa Naoto
PHYSICAL REVIEW LETTERS108 巻 ( 8 ) 2012年2月
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Finite size effects of the surface states in a lattice model of topological insulator 査読有り
Ebihara Kazuto, Yada Keiji, Yamakage Ai, Tanaka Yukio
PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES44 巻 ( 5 ) 頁： 885-890 2012年2月
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Z(2) Topological Anderson Insulator 査読有り
Yamakage Ai, Nomura Kentaro, Imura Ken-Ichiro, Kuramoto Yoshio
26TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON LOW TEMPERATURE PHYSICS (LT26), PTS 1-5400 巻 2012年
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Tight-binding model for topological insulators: Analysis of helical surface modes over the whole Brillouin zone 査読有り
Mao Shijun, Yamakage Ai, Kuramoto Yoshio
PHYSICAL REVIEW B84 巻 ( 11 ) 2011年9月
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Disorder-Induced Multiple Transition Involving Z(2) Topological Insulator 査読有り
Yamakage Ai, Nomura Kentaro, Imura Ken-Ichiro, Kuramoto Yoshio
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN80 巻 ( 5 ) 2011年5月
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Flat edge modes of graphene and of Z(2) topological insulator 査読有り
Imura Ken-Ichiro, Mao Shijun, Yamakage Ai, Kuramoto Yoshio
NANOSCALE RESEARCH LETTERS6 巻 2011年4月
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Interfacial charge and spin transport in Z(2) topological insulators 査読有り
Yamakage Ai, Imura Ken-Ichiro, Cayssol Jerome, Kuramoto Yoshio
PHYSICAL REVIEW B83 巻 ( 12 ) 2011年3月
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Analytic Theory of Edge Modes in Topological Insulators 査読有り
Mao Shijun, Kuramoto Yoshio, Imura Ken-Ichiro, Yamakage Ai
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN79 巻 ( 12 ) 2010年12月
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Zigzag edge modes in a Z(2) topological insulator: Reentrance and completely flat spectrum 査読有り
Imura Ken-Ichiro, Yamakage Ai, Mao Shijun, Hotta Akira, Kuramoto Yoshio
PHYSICAL REVIEW B82 巻 ( 8 ) 2010年8月
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Temperature Dependent Phonon Spectra in Anharmonic Lattice with Cage-Like Structure 査読有り
Yamakage Ai, Kuramoto Yoshio
JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN78 巻 ( 6 ) 2009年6月
講演・口頭発表等 30
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多重カイラルフェルミオンにおける外場によって制御されるワイル点の解析
佐藤宏季, 山影相
日本物理学会２０２３年春季大会
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Wallpaer Fermionにおける(スピン)ホール伝導度の解析
水野航希, 山影相
計算物理春の学校２０２３
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時間反転対称性が破れたトポロジカル超伝導体におけるマヨラナ準粒子の磁気応答
山崎勇樹, 小林伸吾, 山影相
日本物理学会２０２３年春季大会
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荷電不純物による散乱を受けるスピン1フェルミオンの電気伝導度と遮蔽効果
菊地理紗子, 船戸匠, 山影相
日本物理学会２０２３年春季大会
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s波超伝導体における表面弾性波を用いたスピン流生成
船戸匠, 山影相, 松尾衛
日本物理学会２０２３年春季大会
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スピン流を用いた強磁性超伝導体のギャップ対称性の同定法
舟木博志, 山影相, 松尾衛
日本物理学会２０２３年春季大会
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強磁性/反強磁性 wallpaper fermionの(スピン)ホール伝導度
水野航希, 山影相
日本物理学会２０２３年春季大会
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電場と温度勾配に誘起される非線形Hall効果の微視的理論
山口皓史, 仲澤一輝, 山影相
日本物理学会２０２３年春季大会
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Hall Conductivity of Magnetic Wallpaper fermion 国際会議
Koki Mizuno and Ai Yamakage
Novel Quantum States in Condensed Matter
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Theoretical analysis of quantum transport in spin-1 chiral fermion systems 国際会議
Risako Kikuchi, Takumi Funato, and Ai Yamakage
Novel Quantum States in Condensed Matter
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磁化構造に起因する非線形スピン輸送現象の微視的理論
山口皓史, 仲澤一輝, 山影相
日本物理学会２０２２年秋季大会
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スピン1フェルミオン系における量子輸送のバーテックス補正効果
菊地理紗子, 船戸匠, 山影相
日本物理学会２０２２年秋季大会
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多重カイラルフェルミオンにおけるワイル点の磁場による制御
佐藤宏季, 山影相
日本物理学会２０２２年秋季大会
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反強磁性磁化と結合したwallpaper fermion
水野航希, 山影相
日本物理学会２０２２年秋季大会
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Majorana spin current generated by dynamical strains on a surface of topological superconductors 国際会議
Yuki Yamazaki, Takumi Funato, and Ai Yamakage
29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
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Quantum transport in spin-1 fermion systems 国際会議
Risako Kikuchi, Takumi Funato, and Ai Yamakage
29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29) 2022年8月
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Dynamics of Weyl points in the momentum space 国際会議
Koki Satow and Ai Yamakage
29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
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遷移金属硫化物Ta2PdS6の熱電物性
中埜彰俊，丸岡うらら，山影相，寺崎一郎
第19回日本熱電学会学術講演会(TSJ2022)
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トポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナスピン流の理論
山崎勇樹，船戸匠，山影相
日本物理学会 2022年3月15日
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スピン1フェルミオン系における量子輸送
菊地理紗子，船戸匠，山影相
日本物理学会 2022年3月16日
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Response of Majorana Electric Multipoles to Strain in Topological Crystalline Superconductors 国際会議
Yuki Yamazaki, Shingo Kobayashi, Ai Yamakage
International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design 2021年9月28日
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トポロジカル結晶超伝導体におけるマヨラナクラマース対の歪みに対する応答
山崎勇樹，小林伸吾，山影相
日本物理学会 秋季大会 2021年9月20日
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トポロジカル絶縁体表面における磁化構造に起因した異常Hall効果の理論
山口皓史, 山影相
日本物理学会第76回年次大会 2021年3月
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元素置換したノーダルライン半金属CaAgPに現れる高移動度キャリアと超伝導
岡本佳比古, 三枝一茂, 篠田祐作, 山影相, 山川洋一, 笹川崇男, 片山尚幸, 高津浩, 陰山洋, 竹中康司
日本物理学会第76回年次大会 2021年3月
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トポロジカル結晶超伝導体表面におけるマヨラナスピン流
山崎勇樹, 船戸匠, 山影相
日本物理学会第76回年次大会 2021年3月
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超伝導体/強磁性体薄膜における強磁性共鳴変調を用いた超伝導対称性の検出に関する理論 国際共著
大湊友也, 山影相, 松尾衛
日本物理学会第76回年次大会 2021年3月
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トポロジカル絶縁体表面におけるトポロジカルHall効果の微視的理論
山口皓史, 山影相
日本物理学会2020年秋季大会 2020年9月
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トポロジカル結晶超伝導体におけるマヨラナ電気四極子応答
山崎勇樹, 小林伸吾, 山影相
日本物理学会2020年秋季大会 2020年9月
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ナノワイヤにおけるマヨナラクラマース対ブレイディングのシミュレーション
小津泰生, 山影相
日本物理学会2020年秋季大会 2020年9月
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表面にマヨラナ粒子をもつ超伝導体物質探索のためのトポロジカル不変量の研究
山影相
新学術領域「次世代物質探索のための離散幾何学」 2020年度第１回領域会議 2020年6月20日
共同研究・競争的資金等の研究課題 2
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多重ワイル粒子をもつトポロジカル半金属における量子輸送現象
2019年11月 - 2022年11月
住友財団 2019年度基礎科学研究助成
資金種別：競争的資金
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軌道自由度を活用した新機能物質の開発及び理論研究
2014年4月 - 2018年3月
名古屋大学 高等研究院 若手新分野創成ユニット
岡本佳比古
資金種別：競争的資金
科研費 10
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研究課題/研究課題番号：24H00853 2024年4月 - 2027年3月
科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)
洗平 昌晃, 山影 相
担当区分：研究分担者
優れたキャリア輸送特性や新奇な電磁応答が予言されている炭素よりも重い14族元素によるナノシートデバイスの設計指針を理論的に探究する．14族ナノシート材料を用いて，真に高性能なデバイスをどのように創製すればよいのか？既存と一線を画す新機能デバイスを実現することができるか？これらの問いに答えるため，大規模キャリア輸送計算コードを開発し14族ナノシート材料のキャリア輸送特性を解析するとともに，その新機能となるトポロジカル量子現象を開拓する．キャリア輸送シミュレーションとトポロジカル量子現象に変革をもたらす理論研究に取り組むことで，14族ナノシートの学理構築に貢献する．
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トポロジカル超伝導体表面におけるマヨラナ準粒子の電磁応答理論
研究課題/研究課題番号：20K03835 2020年4月 - 2025年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
山影 相
担当区分：研究代表者
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
トポロジカル超伝導はその表面にマヨラナ粒子（粒子と反粒子が同一の状態．電荷中性）が現れる興味深い系であり，基礎的な観点からも量子計算への応用の観点からも注目を集めている．しかし，確立した候補物質はほとんど無い．トポロジカル超伝導体の物質研究の更なる活性化を促すために，任意の結晶構造，すなわち，２３０全ての空間群においてクーパー対の対称性だけからトポロジカル超伝導を判定する方法を明らかにし，詳細な計算なしでも用いることができる形にまとめる．これは物質探索の基本的指針となる．さらに，マヨラナ粒子に固有の外部電磁場に対する応答を一般的に分類し，実験と直接関係する情報を与えることで実験研究を加速する．
理論的な提案以降、物質中におけるマヨラナ粒子の探索は精力的に行われているが、未だ確定的な結果は得られていない。本研究は物質中におけるマヨラナ粒子を「視る」ための方法を基礎に立ち戻って系統的に考えるものである。
これまでの成果により、超伝導体表面に創発するマヨラナ粒子がもつ量子力学的な演算子と電磁多極子の対応関係が明らかになった。この結果を用いると、ある対称性の結晶表面におけるマヨラナ粒子が特定の対称性の外場（電磁場など）のみに応答することが分かる。この極端な異方性は通常の電子系とは定性的に異なっており、マヨラナ粒子に固有のものと言える。
今年度は、この結果を応用して、外部から印加された表面弾性波によって誘起される、マヨラナ粒子のスピン流の振る舞いを解析した。上述の基本的な結果と合わせて、以下に挙げるマヨラナ粒子固有の振る舞いが明らかになった。ⅰ．結晶の対称性（空間群）および超伝導の対称性（既約表現）に対して、特定のモードの表面弾性波のみがマヨラナ粒子と相互作用する。ⅱ．超伝導とマヨラナ粒子に固有の対称性である粒子・正孔対称性が存在するために、マヨラナ粒子の緩和時間に依存しないスピン流が生成される。ⅲ．マヨラナ粒子の質量（ギャップ）に対応する構造が振動数依存性に見られる。
また、マヨラナ粒子以外にも新奇な粒子が物質中には発現することが先行研究により分かってきている。その一つであるスピン１フェルミ粒子の輸送現象についての研究も行った。特に、その電子状態の特異性（平坦バンド）に由来した非自明な不純物効果があり、それが電気伝導率の特徴的なエネルギー依存性に反映されていることを明らかにした。
トポロジカル超伝導体表面における表面弾性波によって誘起されるスピン流について上述の重要な結果が得られ、これを論文にまとめ投稿した。また、国際会議ポスター発表や日本物理学会における口頭発表で成果を議論した。
これまでに得られた一般論は表面弾性波とスピン流のみに限る話ではなく、今後より多彩な物理現象を具体的に明らかにしていくことができる。例えば、異方的なマヨラナ粒子・フォノン相互作用、非線形光学応答、熱・熱電応答などを網羅的に明らかにすることができると考えている。
また、スピン１フェルミ粒子に関する研究から、マヨラナ粒子においても非自明な不純物効果が発現する可能性が示唆される。磁性不純物やスピン軌道結合不純物などの量子力学的な効果を検討する。計算手法は、スピン１フェルミ粒子の研究で培われた技術を応用することができる。 -
一次元ディラック電子系物質における巨大熱電応答と熱・電気エネルギー変換機能
研究課題/研究課題番号：20H02603 2020年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
岡本 佳比古, 山川 洋一, 山影 相
担当区分：研究分担者 資金種別：競争的資金
配分額：1800000円 （ 直接経費：1800000円 ）
一次元ディラック電子系物質Ta4SiTe4の巨大熱電応答を活用することにより、革新的な高性能を示す熱電変換材料を開発する。本物質が室温以下で巨大なゼーベック係数を示すことにとって、一次元性の強い電子バンドがフェルミ準位で交差した「一次元ディラック電子系」と呼べる状況が重要と考えられるが、詳細は不明である。系統的に組成制御したバルク試料の合成、単結晶試料を用いた物性測定と理論構築、同様の状況を実現する新物質の開拓により、Bi2Te3系の実用材料と比べて高性能・低温動作可能な新材料を確立する。我々の身の回りの温度差を用いた環境発電や、これまで未踏の-100℃以下における局所冷却の実用化に貢献する。
一次元ディラック電子系物質Ta4SiTe4の巨大熱電応答を活用することにより、高性能な熱電変換材料の開発を目指した。合成された単結晶試料を用いた反射率測定により0.1 eV程度ととても小さいエネルギーギャップと数倍程度の光学伝導度の異方性の存在が明らかになり、高い熱電変換性能と電子状態の相関が明らかになった。また、実用材料として不可欠な同族元素との固溶にも成功した。Ta4SiTe4と同様の電子状態の特徴をもつと予想される物質の新規開拓により、Ti置換したTa2Ni3Te5が室温で125 μV K-1と、金属的な電気伝導を示す物質としては大きなゼーベック係数を示すことを見出した。
本研究においてTa4SiTe4の太さ数100 μmの単結晶が初めて得られたことにより、本物質の反射率やホール抵抗を初めて測定することができた。これにより本物質系において「穏やかな一次元性をもつディラック電子系」の電子状態が巨大な熱電応答をもたらしていることを実験的に示せた。これは新たな低温用材料設計指針であり、熱電変換の分野にとって意義をもつ。実際本研究では、この指針に従って物質探索を行うことにより、有望な新材料候補Ta2Ni3Te5を見出した。今後、化学組成の制御により大幅な性能向上が期待される。 -
表面にマヨラナ粒子をもつ超伝導体物質探索のためのトポロジカル不変量の研究
研究課題/研究課題番号：20H04635 2020年4月 - 2022年3月
科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
山影 相
担当区分：研究代表者
配分額：7150000円 （ 直接経費：5500000円 、 間接経費：1650000円 ）
トポロジカル超伝導体は系の表面にマヨラナ粒子が現れる系である．そのマヨラナ粒子は粒子と反粒子が同一であることや，表面という２次元空間に閉じ込められていることから，通常の電子からは予想できないような量子現象を示す興味深い系である．
ところが，候補物質がほとんど見つかっていないために，実験研究はそれほど進展していないのが問題である．本研究はトポロジカル超伝導の不変量を理論的に整理することで，候補物質探索を容易にする．
本理論を用いれば理論模型を構築しそれを解析するという難しい問題を解く必要なくマヨラナ粒子の情報が得られ，多くの超伝導研究者に資する．
本研究ではトポロジカル超伝導体の候補物質を効率的に探索することに資する指導原理を基礎的な観点から見出すことが目的である．トポロジカル超伝導体の表面における低エネルギー励起は有効的にマヨラナ粒子として表され，そのために通常の金属などでは生じ得ない特異な量子現象を示すことが予言されている．しかしながら，その候補物質が極めて少ないことが根本的な問題として残されている．本研究はこの問題解決の一助となるものである．
具体的にはマヨラナ粒子の有無を特徴付けるトポロジカル不変量に関する有用な情報を結晶と超伝導状態の対称性を援用することで引き出す．なお，１次元のトポロジカル不変量のみに着目している．
本年度では，マヨラナ粒子を２（クラマース）対もつ場合について，結晶の対称性（空間群）と超伝導状態の対称性（既約表現）とトポロジカル不変量の間の一般的な関係を得ることができた．インプットとして，結晶構造とその表面の構造・対称性（壁紙群）が分かれば，マヨラナ粒子を２対持ちうる超伝導の対称性（既約表現）と対応するトポロジカル不変量を知ることができる．これを全ての壁紙群に対して適用することができる．この結果は，対称性のみから得られるので物質の詳細に依存せず，２対のマヨラナ粒子をもつトポロジカル超伝導体探索の指針として有用なものである．また，Sr3SnOへの適用例も構成した．これを参照すれば本理論の使用法を簡単に理解することができる．
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。 -
多重ワイル粒子をもつトポロジカル半金属における量子輸送現象
2019年11月 - 現在
公益財団法人 住友財団 基礎科学研究助成
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
配分額：500000円 （ 直接経費：500000円 ）
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ラインノード半金属およびその超伝導物質の理論的探索
研究課題/研究課題番号：18H04224 2018年4月 - 2020年3月
新学術領域研究(研究領域提案型)
山影 相
担当区分：研究代表者
配分額：1560000円 （ 直接経費：1200000円 、 間接経費：360000円 ）
バンドギャップの零点（ノード）がブリルアン域中の線上でつながっている線ノードは新しいタイプのトポロジカル半金属として興味深い対象となっている．その基本的な性質はこれまでの研究でその大部分が明らかにされつつある．
本研究では，磁性体においてはこれまでに知られていないタイプの線ノードが現れうることを指摘した［Y. Ominato, A. Yamakage, and K. Nomura, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 114701 (2019)］．この線ノードの安定化には磁性体がもっている磁気鏡映対称性が重要な役割を果たしており，その対称性を破らない限りは容易面内で磁化を回転させても線ノードは存在し続ける．磁性体の磁化の向きはスピントロニクスなどの輸送現象に影響を与えるので，本研究の結果は線ノードに由来する現象の基礎研究として重要である．
また，線ノード半金属物質における超伝導状態，特に，トポロジカル超伝導状態におけるマヨラナ粒子を解析するための基礎理論について進展があった．マヨラナ粒子は電荷中性なので，観測が難しいというのがこの分野の根本的な困難の一つである．本研究はトポロジカル超伝導物質の対称性とマヨラナ粒子がもつ電磁多極子演算子の関係を一般的に明らかにした［S. Kobayashi, A. Yamakage, Y. Tanaka, and M. Sato, Phys. Rev. Lett. 123, 097002 (2019); Y. Yamazaki, S. Kobayashi, and A. Yamakage, J. Phys. Soc. Jpn. 89, 043703 (2020)］．これは外部電磁場によるマヨラナ粒子の測定方法の基礎を与えるものであり，今後の実験研究への展開が期待される．
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。 -
ディラック電子をもつカルシウム3dバンド伝導体の熱電変換応用
2016年4月 - 2018年3月
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
岡本佳比古
担当区分：研究分担者
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トポロジカル半金属の探索と量子輸送理論
研究課題/研究課題番号：16K17725 2016年4月 - 2018年3月
山影 相
担当区分：研究代表者
配分額：1560000円 （ 直接経費：1200000円 、 間接経費：360000円 ）
ワイル半金属などのトポロジカル半金属では，その波動関数がもつトポロジカルな非自明性に由来して，電磁応答などの量子現象が新奇なものになる．本研究ではトポロジカル半金属の一つである線ノード半金属において，光誘起の異常ホール効果（印加電場の直交方向に電流が生じる）が起きることを発見した．また，線ノードが交差した構造をもつ線ノード半金属についての一般論を構築し，さらにそれを応用してRH3（R:希土類）が三本の交差線ノードをもつトポロジカル半金属であることを予言した．
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ディラック電子をもつカルシウム3dバンド伝導体の熱電変換応用
研究課題/研究課題番号：16K13664 2016年4月 - 2018年3月
岡本 佳比古
担当区分：研究分担者
固体中でディラック電子を実現する候補であるCa 3dバンド伝導体が、現在実用に供されている実用材料を超える高い熱電変換性能を実現する次世代の実用熱電変換材料として有望であるとの着想に基づき、ディラック電子系のCa化合物を中心として熱電変換材料の新材料探索を行った。それにより、ディラック電子系の逆ペロフスカイト酸化物Ca3SnOと、一次元ディラック電子系Ta4SiTe4とNb4SiTe4が高い熱電変換性能を示すことを明らかにした。また、CaAgPとCaAgAsがラインノードディラック半金属を実現するための理想的な候補物質であることを実験的に明らかにした。
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籠状構造を持つ系における異常な格子振動の理論
2008年10月 - 2011年3月
科学研究費補助金
担当区分：研究代表者