Magnetization energy current in the axial magnetic effect

軸性磁気効果における磁化エネルギー流

下出 敦夫*; 荒木 康史   

Shitade, Atsuo*; Araki, Yasufumi

軸性磁気効果(Axial magnetic effect: AME)は軸性磁場がエネルギー流を誘起する、異常輸送現象の一種である。本研究では軸性磁場を含む相対論的ウィルソンフェルミオン、及び捻れのあるディラック半金属の模型において、AMEを数値的に調べた。バルク中ではAMEにより有限のエネルギー流が得られ、特に前者の模型の低エネルギー領域においては、このエネルギー流は場の理論による導出と合致した。その一方、どちらの模型においても系全体で平均すると、エネルギー流は表面の寄与によりゼロとなることが明らかになった。軸性磁場はゼーマン磁場の空間変調として解釈されるため、空間変調したエネルギー磁化を誘起する。本研究で扱ったAMEによるエネルギー流は、このエネルギー磁化に対応した磁化エネルギー流として解釈でき、したがって輸送測定では検出できない成分であると理解される。

The axial magnetic effect (AME) is one of the anomalous transport phenomena in which the energy current is induced by an axial magnetic field. Here we numerically study the AME for the relativistic Wilson fermion in the axial magnetic field and a twisted Dirac semimetal. The AME current density inside the bulk is nonzero, and particularly in the low energy regime for the former model, it is explained by the field-theoretical results without any fitting parameter. However, for both models, the average AME current density vanishes owing to the surface contribution. The axial gauge field is regarded as the spatially modulated (effective) Zeeman field and induces the spatially modulated energy magnetization. The AME is attributed to the magnetization energy current and hence cannot be observed in transport experiments.