Theory and verification of electromagnetic duality in Dirac electron systems

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研究代表者（前橋）は、ディラック電子系関連物質における異常物性、特に（１）ねじれた二層グラフェンにおけるプランキアン抵抗と呼ばれる温度に比例する抵抗と（２）ワイル半金属におけるウィーデマン・フランツ則の破れと関連して、輸送現象と熱電効果に対するクーロン斥力の影響を理論的に調べた。また、研究分担者（藤山）は、（３）α-(BETS)2I3におけるクーロン斥力の影響を調べるために誘電率の測定を行った。（１）ねじれた二層グラフェンではループカレント秩序と呼ばれる時間反転と空間反転に対して符号を変える新規な秩序が生じている可能性が理論的に示唆されており、その量子臨界点近傍の物性は量子xyモデルのトポロジカルな揺らぎによって散乱されるフェルミオンのモデルによって記述される。このモデルに基づき久保公式を正確に解くことにより、電気抵抗が温度に比例することを示すとともに、熱伝導度は温度に依存しない定数となり、ゼーベック係数は温度に対数的に依存する質量増強因子をもつことを明らかにした。（２）ワイル半金属におけるウィーデマン・フランツ則の破れは、半金属特有の電子ホール散乱に起因することが指摘されている。そこで、電子ホール散乱が支配的である半金属のボルツマン方程式を変分法を用いて系統的に解くことにより、そのローレンツ比とゼーベック係数を求めた。その結果、電子数とホール数が異なる非補償半金属では熱電性能が著しく向上する可能性があることを見出した。（３）α-(BETS)2I3の電気抵抗は50K以下で半導体的な温度依存性をもち、電荷秩序相転移の可能性が指摘されている。しかし、誘電率の測定結果は面間方向の電気抵抗とほぼ同じ振る舞いを示し50K付近でなんら異常は観測されなかった。このため、クーロン反発に伴う電荷秩序相転移の可能性は排除された。