スピン分解ランダウ量子化計算による分野横断的新奇物性探索

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行列力学を用いた非摂動法による多バンド模型のランダウ準位計算では解析計算が困難であり，より簡易的な模型を用いた解析計算による補助を必要としている．そこで本年度は，トポロジカル半金属物質のランダウ準位の解析に取り組んだ．大きく分けて以下の３つの内容に取り組んだ．(1)Teの既存模型のままでは磁場中の解析計算は困難であった．そこで行列力学を用いた非摂動法によりランダウ準位の計算を行い，特徴的なランダウ準位の構造を保つために必要最小限のパラメータを調査した．必要最小限のパラメータのみ用いた模型で，弱磁場極限での量子振動位相の解析計算を行った．この結果を踏まえ，多バンド模型の結果と既存の実験結果との比較を行い，今まで困難であった実験結果への解釈を与えた．(2)トポロジカル半金属物質の最小模型で (1)と同様に弱磁場極限における解析計算を行い，量子振動位相の解析解を得た．トポロジカル半金属物質はその特異な電子構造から，量子振動で異なる由来をもつピークの混在が予想される．量子振動のピークをその起源毎に整理することにより，先行研究では定義できなかった領域で，量子振動位相の変化を明らかにした．(3)トポロジカル半金属物質の代表物質であるCd3As2のランダウ準位計算をおこなった．トポロジカル半金属物質では最小模型のような理想的な場合を元に議論が行われてきた．行列力学を用いた非摂動法により実際の物質を意識した計算が可能となった．そこで，既存の多バンド模型のランダウ準位および量子振動の計算を行った．また，(2)と同様に量子振動のピークを起源毎に解析し，スピン軌道結合効果の強さを表す指標であるスピン分裂変数の特徴的なトポロジカル半金属物質のバンド構造に由来する変化を明らかにした．この結果と(2)の最小模型での結果を比較した．