らせん磁性体における電子波動関数の局在・非局在

フラストレート磁性体において、しばしば磁気構造がらせん構造となることはよく知られている[A,B,1]。 我々はらせん磁気構造が引き起こす電子波動関数の局在性への影響を考察した。 ランダム系・非整合系・準結晶系などの非周期系における電子状態の局在・非局在性は、その特異な伝導性などに対する興味から古くから多くの研究がなされてきた。我々は、らせんスピン構造をもつ遷移金属酸化物系において、らせんピッチの非整合性に起因する電子状態の局在・非局在性を詳しく調べた。我々は、(A)非整合らせんスピン構造による平均場、(B)スピン軌道相互作用、(C)配位子場分裂効果、(D)酸素を介しての電子の飛び移りの4つの微視的効果を全て取り込んだ多軌道のモデルを用いて解析を行った。その結果スピン軌道相互作用が強い場合には、 (i)軌道の種類、(ii)らせんのピッチ、(iii)スピン回転面の方向などに依存して、電子状態はらせん軸方向に局在-非局在の複雑な様相を示すことが明らかになった。また有効的なスピン・軌道多重項ごとのモデルを導出することにより、ある種のゲージ変換によって非整合ポテンシャルの効果を消せるか否かが、局在・非局在性に大きな違いを与えていることを明らかにした[2]。

本研究は桂法称氏(東京大学)、永長直人教授(東京大学)との共同研究である。


References:
[A] A. Yoshimori, J. Phys. Soc. Jpn., 14, 807 (1959).
[B] T. Nagamiya, in Solid State Physics, edited by F. Seitz, D. Turnbull and H. Ehrenreich (Academic, New York, 1967), Vol. 20 p. 305.

本項目に関する我々の論文:
[1] 田中宗、轟木義一、熱測定、[解説記事] 36, 91 (2009).[link]
[2] Shu Tanaka, Hosho Katsura, and Naoto Nagaosa, Phys. Rev. Lett. 97, 116404 (2006) [link].