2022 Fiscal Year Annual Research Report
New Quantum Thermoelectric Effects in Topological Semimetals under High Magnetic Fields
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20H01860
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長田 俊人 東京大学, 物性研究所, 教授 (00192526)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トポロジカル半金属 / 熱電効果 / 強磁場 / 有機導体 / ディラック電子系 / 非線形異常ホール効果 / 量子熱電ホール効果 / ノーダルライン半金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は強磁場量子極限下のトポロジカル半金属の新奇熱電現象を調べるものである。当初目標は(1)理論的に予測された2次元Dirac電子系のν=0量子Hall状態が示す「量子熱電Hall効果」（量子極限で熱電Hall伝導度が一定となる効果）を圧力下の層状有機導体α-(ET)2I3で実証すること、(2)3次元トポロジカル半金属における量子熱電Hall効果をグラファイトを用いて調べることである。また(3)研究の進展によりmassive Dirac電子系であることが判明したα-(ET)2I3の弱い電荷秩序状態で「非線形異常Hall効果」を探索することも目標に加えた。
初年度：課題(1)について、有機導体特有の相対的に大きなZeeman分裂が2次元の量子熱電Hall効果に与える影響を理論的・実験的に解明した。Zeeman分裂は熱電Hall伝導度の量子化プラトーを壊すが肩状の痕跡を残すことを確認した。
次年度：課題(3)について、まずα-(ET)2I3の弱い電荷秩序状態における非線形異常Hall効果がBerry曲率双極子機構により発現可能であることを定量的に論じた。次に非線形異常Hall効果を実験的に観測し理論予測と整合する振舞いを確認した。これは有機伝導体あるいは絶縁体相における最初のトポロジカル伝導の観測である。さらにその熱電アナロジーである非線形異常Ettingshausen効果の理論提案も行った。
最終年度：課題(2)について、Dirac/Weyl半金属と同様に直線ノードを持つノーダルライン半金属も3次元の量子熱電Hall効果を示すことを理論的・実験的に確立した。直線ノードを持つグラファイトの量子熱電Hall効果を理論的に導き、定量的に良く一致する振舞いを実験的に観測した。またグラファイトの薄膜化により量子熱電Hall効果が3次元から2次元へ次元交差することの観測を試みた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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