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

使用自旋分解朗道量子化计算跨学科搜索新颖的物理性质

• 批准号: 22KJ1262
• 负责人: 猪崎 優喜
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 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-22KJ1262/
• 关键词: トポロジカル物質; ランダウ準位; スピン軌道結合; Te; k.p理論; 量子振動; トポロジカル相転移; ディラック電子系; k・p理論

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．

使用非扰动方法使用矩阵力学，很难使用非扰动方法来计算多型模型的Landau水平，并且使用更简单的模型进行分析计算需要AIDS。因此，今年我们致力于分析拓扑半金属材料的Landau水平。我们广泛解决了以下三个主题：（1）很难作为现有的TE模型进行分析和计算。因此，我们使用非扰动方法使用矩阵力学对Landau水平进行了计算，并研究了最小必需的参数，以维持特征性的Landau级别结构。仅使用最小必需参数的模型，并在弱磁场极限处进行了分析计算以进行量子振动阶段。基于这些结果，我们将多机模型的结果与现有的实验结果进行了比较，并对实验结果进行了解释，这些结果到目前为止一直很困难。 （2）在拓扑半金属材料的最小模型中，以与（1）相同的方式进行了分析计算，并获得了量子振荡阶段的分析溶液。由于拓扑半金属材料的独特电子结构，预计存在由于量子振荡而存在不同起源的峰。通过通过其起源对量子振荡的峰进行排序，我们阐明了在先前研究中无法定​​义的区域中量子振荡阶段的变化。 （3）CD3AS2的Landau水平计算是拓扑半金属物质的代表性材料。讨论是基于理想案例（例如拓扑半金属材料的最小模型）进行的。使用基质力学的非扰动方法使计算意识到了实际问题。因此，我们对现有多频道模型的Landau水平和量子振动进行了计算。此外，与（2）相似，分析了每个来源的量子振荡峰，揭示了自旋分裂变量中特征拓扑半金属材料的带结构发生的变化，这是代表旋转轨道耦合效果的强度的指标。将此结果与（2）中最小模型的结果进行了比较。