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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Quantum Electrodynamics in Solids: Dynamical Properties of Dirac and Weyl Materials

Research Project

Project/Area Number 18K03482
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

前橋 英明  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (30361661)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松浦 弘泰  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Keywordsディラック電子系 / ワイルフェルミオン系 / 量子電磁力学 / ノーダルライン半金属 / 輸送現象 / 熱電効果
Outline of Annual Research Achievements

量子電磁力学と対応した場の理論的手法(物質中のQED)を用いてディラック電子系・ワイルフェルミオン系物質の動的応答に関する理論研究を行い、これまでに以下の成果を得た。(1)ディラック・ワイル物質に特有の電気応答と磁気応答の間に成立する関係を明らかにした。(2)ディラック・ワイル物質の軌道電流に起因する核磁気共鳴の理論を構築し、それに対する乱れの効果を明らかにした。(3)分子性固体ディラック電子系の軌道磁化率の定量的理論予測を行い、実験結果とよく一致することを示した。最終年度は(4)多様なディラック電子系関連物質への理論展開として、(i)ディラックコーンの傾きの効果(ii)超伝導(iii)クーロン斥力の効果に関する研究を行った。
(i)質量ゼロのディラック電子系はディラックコーンの傾きに応じて、(I)楕円状のフェルミ面を持つ系、(II)双曲線状のフェルミ面を持つ系、(III)それらの「臨界点」である系に区分される。このうち臨界点近傍のタイプIに属する系が最も大きな熱電効果を示すことを見出した。
(ii)ノーダルライン半金属PbTaSe2等の超伝導で観測された上部臨界磁場の異方性と特異な温度依存性について研究し、それらはノーダルライン特有のフェルミ面の構造によって理解できることを理論的に明らかにした。
(iii)ディラック電子系関連物質におけるクーロン斥力効果の問題として、実験で観測されているねじれた二層グラフェンにおける温度に比例する抵抗(プランキアン抵抗)とワイル半金属WP2におけるウィーデマン-フランツ則の破れに関連する問題に着目した。前者では特殊な量子臨界ゆらぎを媒介とする電子間の散乱、後者では電子とホール間のクーロン散乱が重要であると考えられている。このようなクーロン斥力によって生じる非弾性散乱過程が電気抵抗、熱伝導およびゼーベック係数に及ぼす影響を理論的に明らかにした。

  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] マサチューセッツ工科大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      マサチューセッツ工科大学
  • [Journal Article] Thermoelectric properties in semimetals with inelastic electron-hole scattering2023

    • Author(s)
      Takahashi Keigo、Matsuura Hiroyasu、Maebashi Hideaki、Ogata Masao
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Pages: 115158/1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.115158

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical analysis of anisotropic upper critical field of superconductivity in nodal-line semimetals2023

    • Author(s)
      Endo Junya、Matsuura Hiroyasu、Ogata Masao
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Pages: 094521/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.094521

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Data-Driven Reconstruction of Spectral Conductivity and Chemical Potential Using Thermoelectric Transport Properties2022

    • Author(s)
      Hirosawa Tomoki、Schaefer Frank、Maebashi Hideaki、Matsuura Hiroyasu、Ogata Masao
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 91 Pages: 114603/1-12

    • DOI

      10.7566/JPSJ.91.114603

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Thermoelectric transport of type-I, II, and III massless Dirac fermions in a two-dimensional lattice model2022

    • Author(s)
      Mizoguchi Tomonari、Matsuura Hiroyasu、Ogata Masao
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Pages: 205203/1-11

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.205203

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 分子性導体におけるノーダルラインとそれによる軌道帯磁率2022

    • Author(s)
      尾崎 壮駿、立石 幾真、松浦 弘泰、小形 正男
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 77 Pages: 751~756

    • DOI

      10.11316/butsuri.77.11_751

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電子ホール散乱を持つ半金属の磁場下でのHall Lorenz 比2023

    • Author(s)
      高橋慶伍、松浦弘泰、前橋英明、小形正男
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] Theoretical analysis of anisotropic upper critical field in nodal-line semimetals2023

    • Author(s)
      J. Endo, H. Matsuura, and M. Ogata
    • Organizer
      APS March Meeting 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 熱電の理論あれこれ2023

    • Author(s)
      松浦弘泰
    • Organizer
      研究会「トポロジカル熱電変換物性の最前線」
    • Invited
  • [Presentation] 線形応答理論に基づいた熱電理論(Theory of Thermoelectric Effect Based on Linear Response Theory)2023

    • Author(s)
      Hiroyasu Matsuura
    • Organizer
      IEEE Kansai/Shikoku Joint Sections Magnetics Society Chapter Lecture
    • Invited
  • [Presentation] Lorenz ratio of anisotropic Fermi liquid2022

    • Author(s)
      H. Maebashi, K. Takahashi, H. Matsuura, and M. Ogata
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transport in semimetals: contribution from electron-hole scattering2022

    • Author(s)
      K. Takahashi, H. Matsuura, H. Maebashi, and M. Ogata
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Upper critical field of superconductivity in nodalline semimetals2022

    • Author(s)
      J. Endo, H. Matsuura, and M. Ogata
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 異方的フェルミ液体のローレンツ比:ウムクラップ散乱の効果2022

    • Author(s)
      前橋英明、高橋慶伍、松浦弘泰、小形正男
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] エネルギー上下のあるノーダルライン半金属における軌道帯磁率2022

    • Author(s)
      尾崎壮駿、立石幾真、松浦弘泰、是常隆、小形正男
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [Presentation] Topological nature and anomalous spin transport properties of Dirac electrons in organic conductors2022

    • Author(s)
      M. Ogata, S. Ozaki, and H. Matsuura
    • Organizer
      2nd Global Summit on Condensed Matter Physics (CONMAT2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Anomalous spin transport properties and orbital magnetic susceptibility in gapped Dirac electrons with tilting2022

    • Author(s)
      M. Ogata, S. Ozaki, and H. Matsuura
    • Organizer
      The 14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2022)

URL: 

Published: 2023-12-25  

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