• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実施状況報告書

ディラック電子系における電磁双対性の理論とその検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K03426
研究機関東京大学

研究代表者

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)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード熱電効果 / 熱磁気効果 / 核磁気共鳴 / ディラック電子系 / ワイル半金属 / 分子性導体
研究実績の概要

われわれのこれまでの研究からα-(BETS)2I3が常圧でディラック電子系となっていることはある程度受け入れられてきた。この系では、50K以下で電気抵抗測定に異常が観測されトポロジカル状態へのクロスオーバーの可能性などが理論的に議論され始めている。また、ワイル半金属WP2ではゼロ磁場下で大きなウィーデマン・フランツ則の破れが観測されており、電気・熱輸送現象におけるクーロン斥力の重要性が指摘されていた。最近、このような有機・無機ディラック電子系関連物質の熱電・熱磁気効果が理論・実験双方から注目されている。このような状況を踏まえ、当該年度は以下のような研究を行った。
研究代表者(前橋)は、熱電・熱磁気効果に対するクーロン斥力の影響を理論的に調べた。クーロン斥力の効果が重要な半金属や重い電子系はフェルミ液体で記述することができる。たとえば非補償半金属のように、電子数と正孔数が異なりフェルミ面上の電子と正孔の全運動量がクーロン斥力による散乱の前後で保存される場合、フェルミ液体のゼーベック係数は比熱を電子と正孔の全電荷で割ったものに等しくなることを示した。一方、大きなフェルミ面をもつ重い電子系では、運動量を保存しないウムクラップ散乱によってゼーベック係数の符号が反転することも明らかにした。また、磁場下でのボルツマン方程式を厳密に解くことによって半金属の熱ホール係数を求め、それと関連する横方向のウィーデマン・フランツ則は、クーロン斥力に起因する非弾性散乱のために弱磁場の極限でも大きく破れることを見出した。
研究分担者(藤山)は、α-(BETS)2I3の最低温度における磁気トルクで観測された秩序モーメントとの関連を調べるため、BETS分子の13C、1H、またアニオン内の127Iの磁気共鳴測定を行った。この結果、磁気秩序モーメントはBETS分子上の電子には由来していないことが明らかとなった。

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

当初の計画では、当該年度は分子性導体α-(BETS)2I3の熱電・熱磁気効果を中心に研究を進める予定であったが、50K以下での電気抵抗測定の異常と関連してトポロジカル状態へのクロスオーバーやクーロン斥力による電子相関効果の重要性が指摘され始めており、この系の基底状態に関しては一筋縄ではいかない状況となってきている。そこで、研究代表者(前橋)はより一般的な見地から熱電・熱磁気効果に対するクーロン斥力の影響を理論的に調べ、研究分担者(藤山)はα-(BETS)2I3の基底状態に関する磁気共鳴測定を行い、それぞれ重要な知見を得た。また、分子性導体は低対称の単位胞中に多数の元素を含有するため、一般に無機化合物と比較して第一原理計算が複雑となる。このため、低エネルギーの分散までを丁寧に計算する必要のあるフォノンの第一原理計算がなされたことはなかった。研究分担者(藤山)は負のエネルギーをもつ分枝が出ないようにする工夫を体得し、今後さまざまな有機導体を対象に研究を展開していく上において不可欠な知見も得ることができた。
このような理由で、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

これまでの研究成果をまとめるとともに、引き続きディラック電子系関連物質の熱電・熱磁気効果に関する理論研究も行う。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症の影響で予定していた旅費が不要になったため次年度使用額が生じた。次年度使用額は旅費等に使用する予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Quantum phase transition of an organic spin liquid tuned by mixing counterions2024

    • 著者名/発表者名
      Ueda K.、Fujiyama S.、Kato R.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 ページ: L140401/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.L140401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] データ駆動型アプローチによる熱電物質の伝導率スペクトルの推定2024

    • 著者名/発表者名
      廣澤智紀、前橋英明、松浦弘泰、小形正男
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 59 ページ: 27-41

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of hydrogen bonding in charge-ordered organic conductor α-(BEDT-TTF)2I3 probed by 127I nuclear quadrupole resonance2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T.、Kato Y.、Taniguchi H.、Tsumuraya T.、Hiraki K.、Fujiyama S.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 ページ: 115108/1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.115108

    • 査読あり
  • [学会発表] Thermoelectric power factor of Fermi liquids in a lattice2024

    • 著者名/発表者名
      前橋英明
    • 学会等名
      熱電意見交換会(熱電塾)
  • [学会発表] 分子性導体のフォノンの第一原理計算2024

    • 著者名/発表者名
      藤山茂樹
    • 学会等名
      熱電意見交換会(熱電塾)
  • [学会発表] 強相関金属の熱電出力因子に対するフェルミ液体効果2024

    • 著者名/発表者名
      前橋英明、高橋慶伍、松浦弘泰、小形正男
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] (Cation)[Pd(dmit)2]2のフォノンの第一原理計算2024

    • 著者名/発表者名
      藤山茂樹、上田康平、大塚雄一、加藤礼三
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] Quantum phase transition of organic spin liquid2024

    • 著者名/発表者名
      S. Fujiyama
    • 学会等名
      Interdisciplinary Workshop for Advanced Science of Kaon and related topics
  • [学会発表] Enhancement of Seebeck Coefficient by Phonon- and Magnon-Drag2023

    • 著者名/発表者名
      M. Ogata, T. Mori, E. Bauer, H. Matsuura, H. Maebashi, and J. Endo
    • 学会等名
      Advanced Materials Research Grand Meeting (MRM2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Lorenz Ratio in Strongly Correlated Electron Systems: Effects of Umklapp Scattering2023

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Maebashi
    • 学会等名
      物性研究所短期研究会「熱電材料の高性能化はどこまで行くか」
    • 招待講演
  • [学会発表] ハバードモデルでのWiedemann-Franz 則について2023

    • 著者名/発表者名
      前橋英明
    • 学会等名
      熱電意見交換会(熱電塾)
  • [学会発表] Nuclear relaxation of organic Dirac electron system2023

    • 著者名/発表者名
      S. Fujiyama
    • 学会等名
      Magnetic Resonance of Correlated Electron Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] 強相関電子系の電気・熱伝導とウムクラップ散乱2023

    • 著者名/発表者名
      前橋英明、高橋慶伍、松浦弘泰、小形正男
    • 学会等名
      電気・熱・光応答研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric properties in semimetals with electron-hole scattering2023

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, H. Matsuura, H. Maebashi, and M. Ogata
    • 学会等名
      39th Annual International Conference on Thermoelectrics (ICT2023)
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi