2023 Fiscal Year Research-status Report
有機ディラック半金属を用いた量子異常に起因するカイラル磁気効果開拓
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22K03533
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
田嶋 尚也 東邦大学, 理学部, 教授 (40316930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川椙 義高 東邦大学, 理学部, 准教授 (40590964)
森成 隆夫 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (70314284)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 3次元ディラック半金属 / 量子異常 / プレーナーホール効果 / 異常ホール効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンの発見以来、ディラック半金属およびワイル半金属の物性研究が精力的に行われている。最近、本研究グループは、カイラル対称性が破れた3次元有機ディラック半金属を発見した。この系に対する興味の1つは、量子異常に起因したカイラル磁気効果などの散逸を伴わない新奇の輸送現象が現れることにある。既に無機物質において幾つかの実験報告例がある。しかし、有機ディラック半金属は無機物質系と異なり、質量ギャップを伴わないでカイラル対称性が破れているため、新奇のカイラル磁気効果が大いに期待される。本研究では、質量ゼロの有機ディラック半金属を題材に量子異常に起因するカイラル磁気効果を開拓することを目的にした。具体的には、電場Eと磁場Bの方向とそれらの強度をパラメーターにカイラル磁気効果の特徴である負の磁気抵抗効果等の散逸を伴わない輸送特性を見出すことである。以下が、グループメンバーそれぞれが担当した研究概要である。
田嶋(研究代表者):有機導体a-(BEDT-TTF)2I3が高圧力下・低温で3次元ディラック半金属であることを実験的に明らかにし、カイラル磁気効果の特徴である負の磁気抵抗効果とプレーナーホール効果の観測に成功した。さらに、異常ホール効果を検出することにも成功した。
川椙(研究分担者):有機導体a-(BEDT-TTF)2I3の純良試料を作成した。
森成(研究分担者):層間トンネルとディラックコーンの傾きを考慮した現実的なモデルを用い、ベリー位相効果と半古典的ボルツマン方程式を基に磁気コンダクタンスの計算を行い、負の磁気抵抗効果およびプラナーホール効果について、実験結果と整合する結果を得た。さらに、この系における時間反転対称性の破れが、フラックス形成によるものであることを平均場近似に基づく理論計算によって明らかにした。
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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
田嶋(研究代表者):候補物質であった有機導体a-(BEDT-TTF)2I3が高圧力下・低温で3次元ディラック半金属であることを実験的に明らかにし、カイラル磁気効果の特徴である負の磁気抵抗効果とプレーナーホール効果の観測結果の論文を公表した。なお、論文は注目論文として選出された。
川椙(研究分担者):上記の観測に必要な純良試料を作成した。
森成(研究分担者):有機導体a-(BEDT-TTF)2I3が高圧力下・低温で3次元ディラック半金属であることを理論的に明らかにし、層間トンネルとディラックコーンの傾きを考慮した現実的なモデルを用い、ベリー位相効果と半古典的ボルツマン方程式を基に磁気コンダクタンスの計算を行い、負の磁気抵抗効果およびプラナーホール効果について、実験結果と整合する結果を得た。この成果は論文にまとめ、公表済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
田嶋(研究代表者):高圧下における有機導体α-(BEDT-TTF)2I3は、負の磁気抵抗効果、プレーナーホール効果、異常ホール効果の観測からカイラル対称性が破れていることは明らかである。異常ネルンスト効果の検出を計画し、温度をパラメーターにして調べ、量子異常への次元クロスオーバー効果を明らかにすることを計画する。さらに、この系の特徴である大きく傾いたディラックコーンがもたらす新規の輸送特性を開拓し、量子異常の新たな物理展開を計画する。
川椙(研究分担者):有機導体α-(BEDT-TTF)2I3の純良試料を作成する。
森成(研究分担者):高圧下における有機導体α-(BEDT-TTF)2I3における時間反転対称性の破れが、フラックス形成によるものであることが理論計算から示唆されている。このフラックス形成状態に基づき、ネルンスト効果および熱起電力の磁場および温度依存性を明らかにし、実験との比較検討を行う。また、この系の3次元的電子状態から、アクシオン電磁気現象が関与する可能性がある。この点について理論的に明らかにする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由: 低温実験では、液体ヘリウムが欠かせない。現有設備に液体ヘリウム再凝縮機を所有しているが、ヘリウム回収率を大きく向上できたため、ヘリウムガスの追加を大きく減らすことができたことが主な理由になる。そのため、研究遂行に支障など出ていない。また、学会・会議等がオンラインで行われたことも理由である。
次年度使用計画: 無冷媒式の超伝導磁石の保守点検を計画していたが、円安の関係でその費用が高騰しているため、次年度に計画していた助成金に加えて使用する。
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