カイラル結晶のフォノン理論

量子物理学・ナノサイエンス第306回セミナー

概要

左右対称性の破れ（カイラリティ）が誘導する物質機能の探索が活発な展開を見せている．磁性，光，弾性に対するカイラル効果のうち最も研究が遅れているのが（意外なことに）弾性である．本セミナーでは，カイラル結晶のフォノンスペクトルを《ミクロポーラ弾性論》を用いて記述する方法と物理的意義を述べる．この理論の本質は，原子スケールの剛体ブロックの並進（極性ベクトル）と回転（軸性ベクトル）を独立な自由度として扱い，これらの結合項（擬スカラー）を自由エネルギーに入れる点にある．これがカイラル項である．ここから導かれる弾性波の運動方程式を解くと，円偏波の左右に依存してフォノンバンドが分裂する．この分裂は，電子バンドのスピン依存ラシュバ分裂と同様のものであり，フォノンスピンに依存するバンド分裂とみなせる．このフォノンスペクトルは時間反転Tを破らずパリティPを破り，真のキラリティを持つ．さらに，ミクロな回転モードと並進モードの混成により超流動ヘリウム４の素励起に見られるロトンスペクトル様の分散曲線が現れる．我々の結果はNozieresが提唱したロトンの発現機構と調和している．

• [1] J. Kishine, A.S. Ovchinnikov, and A. A. Tereshchenko, Phys. Rev. Lett.125, 245302 (2020)
• [2] P. Nozieres, J. Low Temp. Phys. 142, 91 (2006)

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• 量子物理学・ナノサイエンス第306回セミナー

• 量子物理学・ナノサイエンス先端研究センター 主催
• 東京工業大学理学院・物理学系 共催