2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K03870
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
藤山 茂樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (00342634)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田嶋 尚也 東邦大学, 理学部, 教授 (40316930)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ディラック電子 / 電磁双対性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ディラック電子系とは、固体物質のバンド分散にフェルミ準位近傍でx文字状に交差する点(ディラック点)が存在するか、それに漸近する双曲線関数に従うものである。二次元ゼロギャップディラック電子系としてグラフェンや、三次元物質としてはビスマスなどが知られるほか、トポロジカル絶縁体の表面電子構造もこれに該当する。ディラック電子分散は特殊相対性理論における光錐をフーリエ変換したものと一致しており、電子状態を相対論的量子力学であるディラック方程式で記述できる。
昨年度の研究から有機導体α-(BETS)2I3が常圧で2 meV 程度の小さな質量ギャップを持つ二次元ディラック電子系であることを見出した。ディラック電子系ではバンド間磁場効果による大きな軌道反磁性が期待され、 これは三次元系だけでなく二次元系に対しても理論的に予測されている。しかしながら、ながらく二次元ディラック電子系の軌道反磁性を直接観測したという事例はなくグラフェンでもごく最近観測に成功したばかりである。今回われわれは、磁化率の異方性を精密に測定することによって、二次元ディラック電子系 α-(BETS)2I3 のスピン常磁性と軌道反磁性の分離に成功した。 観測された磁化率は理論的に導かれている温度依存性と一致した。ディラック電子系の電磁応答は相対論的量子力学である量子電気力学 (QED)で記述することができるため、ローレンツ共変性 (時空の対称性) に由来する電磁応答の対称性が存在する。この対称性は三次元ディラック電子系においては実験的な検証が行われてきたが、伝導率が量子化される二次元ディラック系で電磁対称性が保持されるかは非自明であった。今年度の研究から電気伝導度と軌道磁化率の間にスケーリング則が成り立つことを実験的に明らかにすることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
分子性導体a-(BETS)2I3が常圧下でディラック電子を形成することを明らかにした。量子電気力学を用いた理論解析と磁化率は定量的な一致を見せているため、理論による演繹的予言を実験的に検証する部隊が整ったと考えている。一方、この物質の低温状態は半導体的電気伝導を示すがその起源は明らかとなっていない。幸いなことに今年度Phys. Rev. Lett.誌に掲載された論文に注目して下さった外部研究者から実験的、理論的コメントを多数もらっており、これらについての検討を進めていきたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
二次元ディラック電子系の電磁双対性を反磁性軌道磁化率と直流電気伝導度の関係として整理したが、理論的には反磁性軌道 磁化率と誘電応答との双対性と捉えるのが正しい。このため、α-(BETS)2I3の誘電率の測定を行い、温度と周波数に対する依存性を整理する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響で予定していた国際会議旅費が不要になった。この会議は2022年度に延期され対面形式で行われることになっているが研究代表者は招待講演を行う予定となっており次年度に支出する。これまでの研究成果に予想外の反響があり、磁化測定の追加実験や誘電率の測定 を行う必要が生じたため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は旅費等、また、磁化測定の追加実験や誘電率の測定のための物品費等に使用する予定である。
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Research Products
(13 results)
