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。

今年的研究成果可以分为两个主要部分。首先，我们精确评估了三种类型的磁化率（轨道磁化率、泡利磁化率和轨道-Zeemann交叉项）对Kane-Mele模型的贡献，这是二维拓扑绝缘体的典型模型。该评估是通过使用原子波函数的具体形式构建（无磁场）布洛赫波函数来进行的。这个公式有以下四个特点，我们相信得到的结果会更接近实验中实际得到的值。 (i) 通过使用布洛赫波函数的完整性条件，可以合并来自无限多个能带的所有贡献。 （ii）由于原子信息是通过原子波函数捕获的，因此可以评估原子内部的磁场效应。 (iii)不需要围绕某个波数点展开，并且布里渊区边界明确，可以准确评估每个贡献。 (iv) 每个贡献都可以在任何化学势下进行评估。这项研究获得的结果表明，即使合并无限数量的能带和核心电子的贡献，轨道-塞曼交叉磁化率的量子化也不会受到影响。我们还提出了一种测量轨道-泽曼交叉项的具体方法，并讨论了量子化的实验检测。其次，我们构建了节线类金属（也是一种拓扑材料）的模型，并对轨道磁化率进行了数值计算。当引入能量在圆形节线上上升和下降的各向异性时，发现垂直于节线的方向上的轨道磁化率表现出顺磁性。材料中的轨道顺磁性相对罕见，可能是识别节线准金属的良好指标。

项目成果

エネルギー上下のあるノー ダルライン半金属における軌道帯磁率

能量涨落下节线半金属的轨道磁化率

• 发表时间: 2022
• 作者: 尾崎壮駿;立石幾真;松浦弘泰;是常隆;小形正男
• 通讯作者: 小形正男

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

Kane-Mele 模型中拓扑对磁性的贡献：一种显式波函数方法

• DOI: 10.1103/physrevb.107.085201
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 3.7
• 作者: Ozaki Soshun;Ogata Masao
• 通讯作者: Ogata Masao