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中山 勝政*; 鈴木 渓
Physics Letters B, 843, p.138017_1 - 138017_7, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Astronomy & Astrophysics)カシミール効果は、有限サイズの空間内に閉じ込められた相対論的な量子場のゼロ点エネルギーによって誘起される量子現象である。真空中の光子場に起因するカシミール効果は古くから研究されており、理論的にも実験的にも一定の理解が得られているが、ディラック/ワイル半金属内部で実現している相対論的フェルミオン場に起因するカシミール効果の具体的な性質は未解決の問題である。本論文では、ディラック/ワイル半金属薄膜内部の相対論的電子場から生じるカシミール効果の典型的な性質を理論的に明らかにするため、Cd
As
やNaBiなどのディラック半金属を記述する具体的な有効ハミルトニアンを用いた解析結果を示す。特に、これらの物質では、準粒子の持つエネルギーと運動量の分散関係における「ディラック/ワイルノード」構造の存在に起因して特徴的な物理現象が生じることが多いが、本論文では、薄膜の厚さを変化させるにつれてカシミールエネルギーと呼ばれる物理量が振動する現象を予言した。このような振動現象は、半金属薄膜内部で正の圧力と負の圧力が交互に現れることを意味しており、何らかの熱力学量の膜厚依存性に寄与するため、実験的にも観測可能であることが期待される。
中山 勝政*; 鈴木 渓
Proceedings of Science (Internet), 430, p.379_1 - 379_9, 2023/04
本来のカシミール効果は連続時空上に存在する量子場から創発する物理現象であり、理論的にも信頼性の高い定式化が達成されているが、「格子」上に定義された空間(例えば、固体の結晶構造など)において、カシミール効果に相当する物理現象を定式化し、その性質を明らかにすることは重要なテーマである。本会議録では、格子上の様々な量子場に起因するカシミール効果の性質に関する近年の研究成果について報告する。まず、格子空間上のカシミールエネルギーを定義し、格子上のフェルミ粒子の一種であるウィルソン・フェルミオンによるカシミール効果が連続時空上のディラック粒子によるものと極めて似た性質となることを示す。さらに、CdAsやNaBiなどのディラック半金属を記述する有効ハミルトニアンを用いた解析により、この系のカシミールエネルギーが半金属薄膜の厚さの関数として振動することを示す。また、電子系に磁場をかけることで生じるランダウ量子化による影響や格子上の非相対論的量子場によるカシミール効果の性質についても報告する。
服部 恒一*; 末永 大輝*; 鈴木 渓; 安井 繁宏*
EPJ Web of Conferences, 276, p.01015_1 - 01015_5, 2023/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.91(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)本研究では、重い不純物クォークを含む強磁場中のQCD相図を調べ、特に、平均場解析の範囲でこの系の基底状態を決定した。本研究で扱う模型の基底状態は、軽いクォークとその反クォークの対として構成される「カイラル凝縮」と軽いクォークと重いクォークの対である「近藤凝縮」の二種類の秩序変数によって特徴付けられる。強磁場中のQCDではカイラル凝縮が磁場に依存して増加するmagnetic catalysis (磁気触媒効果)と呼ばれる現象が知られているが、本研究では二種類の凝縮が相関・競合することで誘起される新たな現象として、カイラル凝縮の大きさが磁場の大きさに依らずに一定の値となる(飽和する)現象や、温度の増加に伴ってカイラル凝縮が特異的に増加する現象などを提案した。
紅林 大地*; 荒木 康史; 野村 健太郎*
Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.084702_1 - 084702_9, 2021/08
被引用回数：8 パーセンタイル：61.42(Physics, Multidisciplinary)本研究では、磁性ワイル半金属において電流および電圧によって誘起されるスピントルクの理論を導出する。磁性ワイル半金属においては、非自明なトポロジーを持つバンド構造に由来して磁化と電子輸送が結合し、スピントロニクスに適した性質を示す。本論文では、磁化構造の勾配および電流に関する摂動展開に基づき、電流によって誘起されるスピントルクを網羅的に導出する。このトルクはスピン軌道トルク及びスピン移行トルクを内包するものである。更に、電圧(電位差)によって誘起されるトルクも微視的に導出し、このトルクがスピンと軸性カレントの対応関係、及びカイラルアノマリーに由来するものであることを示す。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023201_1 - 023201_23, 2021/06
カシミール効果は、何らかの粒子のゼロ点エネルギーが2枚の平行平板の存在によって歪められることによって生じる物理現象である。格子上の自由度においては、エネルギーと運動量の分散関係はブリルアンゾーンの範囲で周期性を持つため、それに対応してカシミール効果も変化するはずである。本研究では、ナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンなどの格子フェルミオン系におけるカシミール効果の性質を理論的に調べた。特に、
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次元において周期境界条件または反周期境界条件を持つ系について系統的な解析を行った。中でも、ナイーブ・フェルミオン,負質量を持つウィルソン・フェルミオン,domain-wall heightが大きい場合のオーバーラップ・フェルミオンなどの系において、奇数格子と偶数格子の間でカシミールエネルギーの大きさが振動する現象が見られた。この振動現象は、高運動量を持つ自由度(ダブラー)の存在に起因している。このような新奇なカシミール効果は、トポロジカル絶縁体のような物性系の実験や格子シミュレーションによって将来的に検証されることが期待される。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physics Letters B, 809, p.135713_1 - 135713_7, 2020/10
被引用回数：10 パーセンタイル：76.76(Astronomy & Astrophysics)本論文では、相互作用のない格子フェルミオンにおけるカシミールエネルギーの定義を世界で初めて提案する。我々はこの定義を用いることで、空間方向に周期境界条件や半周期境界条件が課された1+1次元時空におけるナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンに対するカシミール効果の性質を調べた。ナイーブ・フェルミオンにおいては、奇数個・偶数個の格子に対してカシミールエネルギーが交互に振動するという結果が得られた。ウィルソン・フェルミオンにおいては、格子サイズが
の領域で、連続理論のディラック粒子におけるカシミールエネルギーとよく一致する結果が得られた。この結果は、格子シミュレーションによってカシミール効果を測定する際に、ウィルソン・フェルミオンによる格子正則化を用いることで離散化誤差をよく制御できることを意味している。さらに、(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンはトポロジカル絶縁体の表面モードに対応しており、様々なモデルパラメータ依存性も調べた。これらの発見は、対応する格子構造を持つ物性系や、格子上の数値シミュレーションによっても検証されることが期待される。
末永 大輝*; 鈴木 渓; 荒木 康史; 安井 繁宏*
Physical Review Research (Internet), 2(2), p.023312_1 - 023312_13, 2020/06
近藤効果はフェルミ面近傍の軽いフェルミオンと重い不純物との相互作用によって引き起こされ、物質の電気的・熱的・輸送的性質に影響を及ぼす。一方、カイラリティ(右巻き・左巻き)はディラック粒子・ワイル粒子などの相対論的フェルミオンが持つ基本的な性質の一つである。通常の物質においては右巻き・左巻き粒子の数は均衡しているが、これらが不均衡となる系もクォーク物質や電子系において興味が持たれている。本論文では、相対論的フェルミオンのカイラリティ不均衡(有限の「カイラル化学ポテンシャル」を持つ系)によって生じる近藤効果を理論的に提案した。この効果は右巻き(または左巻き)の軽いフェルミオンと重い不純物粒子との混合によって引き起こされるが、これは有限密度(化学ポテンシャル)によって生じる通常の近藤効果とは少し異なる状況である。我々は相対論的フェルミオンと不純物粒子間の相互作用を持つ有効模型を構築し、(1)摂動計算と(2)平均場近似による非摂動的アプローチの二つの手法を用いてこの効果が実現することを示した。さらに、近藤効果に対する温度依存性・結合定数依存性・感受率の振る舞いや相転移の次数などを議論した。このような近藤効果の性質は、将来的な格子シミュレーションで検証されることが期待される。
末永 大輝*; 鈴木 渓; 安井 繁宏*
Physical Review Research (Internet), 2(2), p.023066_1 - 023066_11, 2020/04
QCD近藤効果は、高密度クォーク物質中においてチャームクォーク・ボトムクォークなどのヘビークォークが不純物として存在するときに生じる量子現象である。本論文では、QCD近藤効果の実現した基底状態から励起されるエキシトンモードが束縛状態として存在することを予言し、その詳細な性質を調べた。具体的には、平均場近似に基づいてQCD近藤効果を記述する有効模型を構築し、励起モードとして実現可能な量子数(スピンやパリティ)やそれらの分散関係を調べた。これらのエキシトンは電気的・カラー的に中性になることができるため、(電荷やカラー荷を持つ粒子とは異なり)輸送現象における「中性カレント」として出現し、電気伝導や熱伝導に対するヴィーデマン・フランツ則の破れに寄与することが期待される。このような近藤エキシトンは、ディラック粒子やワイル粒子のような「相対論的」フェルミオンに対する近藤効果における普遍的な物理現象であり、クォーク物質に限らずディラック・ワイル電子系への応用も期待される。
荒木 康史
Annalen der Physik, 532(2), p.1900287_1 - 1900287_16, 2020/02
被引用回数：34 パーセンタイル：87.84(Physics, Multidisciplinary)Recent theoretical and experimental attempts have been successful in finding magnetic Weyl semimetal phases, which show both nodal-point structure in the electronic bands and magnetic orders. Beyond uniform ferromagnetic or antiferromagnetic orders, nonuniform magnetic textures, such as domain walls and skyrmions, may even more enrich the properties of the Weyl electrons in such materials. This article gives a topical review on interplay between Weyl electrons and magnetic textures in those magnetic Weyl semimetals. The basics of magnetic textures in non-topological magnetic metals are reviewed first, and then the effect of magnetic textures in Weyl semimetals is discussed, regarding the recent theoretical and experimental progress therein. The idea of the fictitious "axial gauge fields" is pointed out, which effectively describes the effect of magnetic textures on the Weyl electrons and can well account for the properties of the electrons localized around magnetic domain walls.
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
no journal, ,
本講演では、相互作用のない格子フェルミオンにおけるカシミールエネルギーの定義を提案する。我々はこの定義を用いることで、空間方向に周期境界条件や半周期境界条件が課された次元時空におけるナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンに対するカシミール効果の性質を調べた。ナイーブ・フェルミオンにおいては、奇数個・偶数個の格子に対してカシミールエネルギーが交互に振動するという結果が得られた。ウィルソン・フェルミオンにおいては、格子サイズがの領域で、連続理論のディラック粒子におけるカシミールエネルギーとよく一致する結果が得られた。この結果は、格子シミュレーションによってカシミール効果を測定する際に、ウィルソン・フェルミオンによる格子正則化を用いることで離散化誤差をよく制御できることを意味している。さらに、(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンはトポロジカル絶縁体の表面モードに対応しており、様々なモデルパラメータ依存性も調べた。これらの発見は、対応する格子構造を持つ物性系や、格子上の数値シミュレーションによっても検証されることが期待される。
服部 恒一*; 末永 大輝*; 鈴木 渓; 安井 繁宏*
no journal, ,
近藤効果は、金属や高密度クォーク物質中の伝導フェルミオンが非可換相互作用を介して不純物と相互作用するときに生じる現象である。磁場中における近藤効果の機構はより複雑だが、条件によってはフェルミオン状態密度の増加に伴い近藤効果は増幅しうる。これと同様の現象として、QCD真空などで実現する「カイラル対称性の自発的破れ」も磁場によって増幅することが知られている。本講演では、カイラル対称性の自発的破れと近藤効果の両方が実現しうる有効模型を用いて強磁場領域の相図を予言し、磁場中でこれらの現象がどのように競合するか議論する。さらに、クォーク物質やディラック電子系における応用例について考察する。
小沢 耀弘*; 荒木 康史; 野村 健太郎*
no journal, ,
ワイルフェルミオンは、相対論的場の量子論おいて導入される無質量のフェルミオンである。カイラリティー自由度は、ワイル粒子のスピン方向が運動量方向に対して並行(左巻き)か反並行(右巻き)かを区別する量である。異なるカイラリティーを持つワイル粒子に対して逆向きに結合するカイラルゲージ場は、カイラリティの保存則を破る量子異常に寄与する。カイラルゲージ場は相対論的場の理論で導入される仮想的な自由度であるが、ワイル半金属と呼ばれる量子物質においてその効果が実現することが期待されている。ワイル半金属においては、ワイルフェルミオンはギャップレス点であるワイル点近傍の低エネルギー励起として現れる(ワイル電子)。このワイル点がある摂動によって移動したとき、そのずれはカイラルゲージ場とみなせる。物質系でカイラルゲージ場を実現する効果として、格子歪みや円偏光などが調べられている。中でも、磁気秩序を持つワイル半金属(磁性ワイル半金属)においては、磁気モーメントがカイラルゲージ場としてはたらく。このため、磁壁駆動に代表される磁化ダイナミクスが、ワイル電子のトポロジカルな性質を通して駆動できることが期待される。本講演では、磁性ワイル半金属における磁気構造に起因したカイラルゲージ場の理論解析を紹介する。特に、典型的な強磁性ワイル半金属であるCo
Sn
Sに注目する。CoSnSの低エネルギー電子状態を記述する有効模型を用いて、磁気モーメント方向に対してどのようにワイル点が移動するのかを示す。その結果に基づき、磁壁構造が存在する場合にカイラルゲージ場がどのような空間構造を持つのかを議論する。さらに、カイラルゲージ場から導出される有効電磁場の描像を用いて、CoSnSにおける磁壁駆動の観測方法を提案する。
鈴木 渓; 藤井 大輔; 中山 勝政*
no journal, ,
通常のカシミール効果は真空中の光子場に対して定義される物理現象であるが、一方で固体物理で扱われる様々な準粒子場に対してもカシミール効果に相当する新奇な物理現象が生じることがある。原子核物理やQCDの分野においても、高密度クォーク物質/核物質を考えることで、同様の物理現象が実現される可能性がある。例えば、dual chiral density wave (DCDW)相と呼ばれる物質相は、高密度QCDの基底状態の候補として長年研究されている。本講演では、DCDW相におけるクォーク場から生じるカシミール効果の典型的な性質を理論的に示し、カシミールエネルギーなどの物理量が系のサイズの関数として振動する現象を提案する。この現象は、固体物理における対応物であるワイル半金属においても現れることが期待されており、クォーク物質と固体物性系との比較について議論を行う。
藤井 大輔; 鈴木 渓; 中山 勝政*
no journal, ,
近年、物性系で実現される新たなタイプのカシミア効果が発見された。例えば、ワイル半金属におけるphotonicカシミア効果は、異常な振る舞いを示すことが明らかとなった。この新たなタイプのカシミア効果は、高密度クォーク物質においても実現される可能性がある。本発表では、NJL模型を用いて有限密度QCDにおけるカシミア効果の典型的な特徴について議論する。特に、dual chiral density wave相におけるカシミア効果の異常な振る舞いが明らかとなった。
小沢 耀弘*; 荒木 康史; 野村 健太郎*
no journal, ,
We show our recent theoretical analysis of the structure of the chiral gauge field in a ferromagnetic Weyl semimetal with magnetic domain walls. We focus on CoSnS, which is one of the representative systems for magnetic Weyl semimetals. This system exhibits nearly full spin polarization due to the large spin splitting by ferromagnetic ordering. Based on an effective tight-binding model of CoSnS, we study the relation between the shift of Weyl points in momentum space and the direction of the magnetization. With this result, we show the spatial structure and magnitude of the chiral gauge field, when the domain wall is formed in CoSnS. With this chiral gauge field picture, we propose that the domain wall dynamics drive a sizable electric current, which arises as the Hall current under the chiral electromagnetic fields. This current may be useful for detecting the domain wall dynamics, in future spintronic devices based on magnetic Weyl semimetals.
