2022 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum Electrodynamics in Solids: Dynamical Properties of Dirac and Weyl Materials
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18K03482
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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。
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