特異な電子状態が生む異常な軌道磁気応答の研究

独特电子态引起的反常轨道磁响应研究

• 批准号: 22KJ0988
• 负责人: 尾崎 壮駿
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0988/
• 关键词: 軌道帯磁率; トポロジカル絶縁体; ノーダルライン半金属; 軌道ーゼーマン項の量子化

本年度の研究実績は主に２つに分けられる。第一に、２次元トポロジカル絶縁体の典型的な模型であるKane-Mele 模型に対し、帯磁率の３種類の寄与（軌道帯磁率、Pauli 帯磁率、および軌道―ゼーマン交差項）を精密に評価した。この評価は、原子波動関数の具体形を用いて（無磁場の）Bloch 波動関数を構成することにより行った。この定式化は次に示す4つの特徴を持ち、得られる結果は現実に実験で得られる値により近いものになると考えている。(i) Bloch 波動関数の完全性条件を利用することで、無限個あるバンドの寄与を全て取り込むことができる。(ii) 原子波動関数を通して原子の情報が取り込まれるため、原子内部の磁場効果を評価することができる。(iii) ある波数点周りの展開などをする必要がなく、Brillouin ゾーン境界が明確に定まり各寄与を正確に評価できる。(iv) 任意の化学ポテンシャルにおいて各寄与を評価できる。この研究で得られた結果から、無限個のバンドや内核電子の寄与を取り入れても軌道―ゼーマン交差帯磁率の量子化は影響を受けないことなどが明らかになった。また、軌道―ゼーマン交差項の具体的な測定法を提案し、実験による量子化の検出についても議論した。第二に、同じくトポロジカル物質の１つであるノーダルライン半金属の模型を構築し、軌道帯磁率の数値計算を行った。円環状のノーダルライン上でエネルギーが上下する異方性を導入したとき、ノーダルラインに垂直な方向の軌道帯磁率は常磁性を示すことが明らかになった。物質中における軌道常磁性は比較的珍しく、ノーダルライン半金属を判別する良い指標になる可能性がある。

今年的研究结果可以分为两个主要类别。首先，详细评估了磁敏感性（轨道敏感性，Pauli易感性和轨道齐曼交叉项）的三种类型的贡献，对Kane-Mele模型进行了详细评估，Kane-Mele模型是二维拓扑绝缘子的典型模型。通过使用原子波函数的混凝土形式构造Bloch波函数（无磁场）来进行此评估。该公式具有以下四个特征，我们认为所获得的结果实际上将更接近实验中获得的值。 （i）通过利用Bloch波函数的完整性条件，可以捕获无限频段的所有贡献。 （ii）由于通过原子波函数捕获有关原子的信息，因此可以评估原子内部的磁场效应。 （iii）无需围绕某个波数点发展，并且明确定义了布里群区域边界，并且可以准确评估每个贡献。 （iv）每个贡献都可以在任何化学潜力下进行评估。从这项研究中获得的结果表明，即使纳入了无限带和内核电子的贡献，轨道齐曼跨支持性的量化也不会受到影响。我们还提出了一种测量轨道 - 齐曼交叉术语的特定方法，并通过实验讨论了量化的检测。其次，构建了淋巴线半学模型，该模型也是拓扑材料之一，并进行了轨道磁敏感性的数值计算。已经揭示了当引入环形线上升高和降低能量的各向异性时，垂直于淋巴结线的方向上的轨道敏感性是顺磁性的。材料中的轨道顺磁性相对较少，并且可以是区分淋巴结线半含量的良好指标。

项目成果

Topological contribution to magnetism in the Kane-Mele model: An explicit wave-function approach

• DOI: 10.1103/physrevb.107.085201
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: S. Ozaki;M. Ogata