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2019 年度 実績報告書

磁気応答、輸送現象に対する多バンド間効果

研究課題

研究課題/領域番号 18H01162
研究機関東京大学

研究代表者

小形 正男  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (60185501)

研究分担者 苅宿 俊風  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (60711281)
松浦 弘泰  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード多バンド効果 / 軌道磁性 / 輸送係数
研究実績の概要

前年度多バンドの場合のホール係数を調べたが、引き続きすべての輸送係数について同様の手法を拡張した。まずブロッホ電子の波動関数を用いて電流演算子のバンド間の行列要素を表し、久保公式による輸送係数を一般的に書き下した。さらに磁場に対する1次摂動であることを考慮し、最終的な形がゲージ不変性を満たす形に整理されることを示した。得られた結果は一部ベリー曲率で表されるが、それ以外の部分がコンパクトな形となるか検討した。
ある種の物質では、ディラック型の分散が波数空間で連続的につながったノーダルラインが実現していると考えられている。このような多バンドとしてのノーダルライン状態を記述する簡単なハミルトニアンを構築し、軌道帯磁率を調べた。その結果、化学ポテンシャル依存性が特徴的な形をもつことが明らかになった。またノーダルラインの方向と磁場の方向との間の角度依存性について、現象論的な解釈が可能であることを見出した。
グラフェンの模型にstaggered on-site potential とスピン軌道相互作用を導入すると、パラメター領域によって、通常の絶縁体相とトポロジカル相が現れることが知られている。この系における磁化率を調べた。磁気応答として軌道効果とゼーマン効果がよく知られているが、一般にはそれらの交差項(以下、軌道-Zeeman交差項)も存在する。この軌道-ゼーマン交差項に対する表式を微視的に調べると、この交差項は物質のベリー曲率を反映し、2つの相で磁化率の振る舞いに違いが現れることが分かった。これまでにもベリー曲率が磁化率などの物理量に現れることが指摘されているが、このモデルはそのような効果を具体的に示す新たな例であると考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

各研究計画について、順調に進んでいる。輸送係数についてはゲージ不変な形まで得られているが、ベリー曲率以外の部分についてコンパクトな形となるか検討の余地がある。第一原理計算を用いた研究部分では、いくつかのモデルに対して低エネルギー有効模型を構築している。ノーダルラインについては、新たにモデルハミルトニアンを構築し、その解析が始まった。また軌道-Zeeman交差項について、新たな物理量として研究を開始した。

今後の研究の推進方策

引き続き、各研究項目について研究を推進する。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Thermoelectric transport coefficients of a Dirac electron gas in high magnetic field2019

    • 著者名/発表者名
      V. K"onye and M. Ogata
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 100 ページ: 155430-1-14

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.155430

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Velocity Field and Principal Axis of Tilted Dirac Cones in Effective Hamiltonian of Non-Coplanar Nodal Loop2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzumura T. Tsumuraya R. Kato H. Matsuura and M. Ogata
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Japan

      巻: 88 ページ: 124704-1-8

    • DOI

      10.7566/JPSJ.88.124704

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nuclear Magnetic Relaxation and Knight Shift Due to Orbital Interaction in Dirac Electron Systems2019

    • 著者名/発表者名
      H. Maebashi T. Hirosawa M. Ogata and H. Fukuyama
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Solids

      巻: 128 ページ: 138-143

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2017.12.034

    • 査読あり
  • [学会発表] Thermal transport coefficients of a Dirac electron gas in high magnetic fields2019

    • 著者名/発表者名
      V. K"onye and M. Ogata
    • 学会等名
      Gordon Research Conference "New Materials and Structures in Topological and Correlated Systems"
    • 国際学会
  • [学会発表] Diamagnetic Currents in Weyl Systems2019

    • 著者名/発表者名
      H. Maebashi and M. Ogata
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science (TopoMat2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic Susceptibility Quantization of Orbital-Zeeman Cross term in 2D Insulators2019

    • 著者名/発表者名
      S. Ozaki and M. Ogata
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science (TopoMat2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Nodal line semimetals in a magnetic field2019

    • 著者名/発表者名
      V. K"onye and M. Ogata
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science (TopoMat2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Berry Curvature Contribution to Magnetization in a Honeycomb Lattice Model2019

    • 著者名/発表者名
      S. Ozaki and M. Ogata
    • 学会等名
      New Trends in Topological Insulators 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Berry Curvature Contribution to Magnetization in a Honeycomb Lattice Model2019

    • 著者名/発表者名
      S. Ozaki and M. Ogata
    • 学会等名
      Recent Progress in Gra-phene and 2D Materials Research
    • 国際学会
  • [学会発表] 2次元絶縁体における軌道ーゼーマン交差帯磁率の量子化2019

    • 著者名/発表者名
      尾崎壮駿、小形正男
    • 学会等名
      第13回物性科学領域横断研究会
  • [学会発表] ディラック電子系の反磁性電流2019

    • 著者名/発表者名
      前橋英明、小形正男
    • 学会等名
      第13回物性科学領域横断研究会
  • [学会発表] ディラック電子系の電磁応答に対するゲージ不変な定式化2019

    • 著者名/発表者名
      前橋英明、小形正男
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] ノーダルライン物質の物性2019

    • 著者名/発表者名
      小形正男、松浦弘泰、立石幾真
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] Thermoelectric transport coefficients of a Dirac electron gas in high magnetic fields2019

    • 著者名/発表者名
      V. K"onye and M. Ogata
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] 擬一次元有機錯体HMTSF-TCNQの軌道磁性に関する理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      宮藤大輔、松浦弘泰、小形正男
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] 擬一次元有機錯体HMTSF-TCNQの異常物性の理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      宮藤大輔、松浦弘泰、小形正男
    • 学会等名
      日本物理学会(年次大会)

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公開日: 2022-12-28  

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