軌道自由度と空間反転対称性の破れが創出する奇パリティ多極子秩序の理論

轨道自由度产生的奇宇称多极序理论与空间反演对称性破缺

基本信息

批准号：
20J21838
负责人：
大岩陸人
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、電子のスピンや軌道、副格子などの複数自由度の絡み合いが創出する奇パリティ多極子秩序と交差相関物性の性質を理論的に解明することである。本研究ではこれまでに、分子や結晶のあらゆる電子自由度を表現できる対称性適合多極子基底の生成アルゴリズムが得られている。そこで本年度は、対称性適合多極子基底を用いて第一原理電子状態計算に基づく有効模型の自動生成手法を開発した。模型ハミルトニアンは多極子基底の線形結合で表現され、各重みはモデルパラメータに対応する。第一原理計算で求まるエネルギーバンド分散を再現するように各基底の重みを最適化することで、第一原理計算に基づく有効模型を構築できる。本手法で得られる有効模型はワニエ関数を用いて求まる従来のものとは異なり、系の対称性を厳密に満たし、かつ近接サイト間の電子ホッピングのみを含むため、単位格子数個分のコンパクトな範囲に収まる。そのため、模型構築や電子格子相互作用等の計算コストの軽減が期待できる。上述のアルゴリズムをまとめた論文は投稿段階であり、計算パッケージとして公開を予定している。また、本手法の解説記事はアグネ社の固体物理誌上セミナーに掲載予定である。さらに、本手法を用いることで固体中の隠れた多極子自由度とその演算子表現を明らかにできる。実際に本手法を用いて、カイラル物質を特徴づける微視的カイラル度の記述方法を明らかにし、その定量的評価を行った。まず、カイラル結晶の典型物質である単体Teの有効模型を生成した結果、微視的カイラル度に対応する局所的および遍歴的な電気トロイダル単極子がハミルトニアンで最も支配的な寄与であることを定量的に明らかにした。また、電気トロイダル単極子の存在下ではカイラル結晶特有の電場誘起格子回転歪みが金属・絶縁体問わず生じる可能性を示した。得られた成果はPhys.Rev.Lett.(APS)にて出版済みである。

这项研究的目的是理论上阐明了互相关物理特性具有奇怪的奇偶校验多极阶的特性，该特性是由多个自由度（例如电子旋转，轨道和转子）的多个自由度相互交织而产生的。迄今为止，这项研究已经获得了一种用于产生对称拟合的多极基础的算法，该基础可以表达任何程度的分子和晶体电子自由。因此，今年我们开发了一种自动方法，用于使用对称调整的多极基于第一原理电子状态计算生成有效模型。模型汉密尔顿人以多极的线性组合表示，每个权重对应于模型参数。通过优化每个基础的权重以重现在第一原理计算中确定的能量带方差，可以构建基于第一原理计算的有效模型。与使用Wannier函数获得的常规模型不同，通过这种方法获得的有效模型严格满足系统的对称性，并且仅包括相邻位点之间的电子跳跃，因此它拟合在几个单位细胞的紧凑范围内。因此，可以降低诸如模型构建和电子晶格相互作用之类的计算成本。总结上述算法的论文目前处于提交阶段，并计划以计算包出版。此外，一篇解释该方法的文章将发表在Agne的固态物理杂志上。此外，使用这种技术，可以揭示隐藏的固体自由度及其操作员表示。在实践中，我们已经使用这种方法来阐明表征手性材料的微观手性，并进行了定量评估。首先，我们产生了一个有效的单个TE模型，一种典型的手性晶体材料，并定量地揭示了与微观手性相对应的局部和历史型型单子单极管是汉密尔顿人的最主要贡献。此外，已经表明，在存在电螺纹单极，电场诱导的晶格旋转应变的情况下，无论金属或绝缘子，都可能发生手性晶体。获得的结果已由Phys.rev.lett发表。（APS）。