論文の概要: New Class of Landau Levels and Hall Phases in a 2D Electron Gas Subject
to an Inhomogeneous Magnetic Field: An Analytic Solution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.05069v2
- Date: Fri, 25 Mar 2022 10:31:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-01 06:35:46.325902
- Title: New Class of Landau Levels and Hall Phases in a 2D Electron Gas Subject
to an Inhomogeneous Magnetic Field: An Analytic Solution
- Title（参考訳）: 非均一磁場下での2次元電子ガス中のランダウレベルとホール位相の新しいクラス:解析解
- Authors: Dominik Sidler, Vasil Rokaj, Michael Ruggenthaler, Angel Rubio
- Abstract要約: 溶液は熱力学限界における2次元非相互作用電子ガスの多くの性質へのアクセスを提供する。
放射状に歪んだランダウ準位は磁場誘起密度や磁気不純物に近い電流振動と同様に同定できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: An analytic closed form solution is derived for the bound states of electrons
subject to a static, inhomogeneous ($1/r$-decaying) magnetic field, including
the Zeeman interaction. The solution provides access to many-body properties of
a two-dimensional, non-interacting, electron gas in the thermodynamic limit.
Radially distorted Landau levels can be identified as well as magnetic field
induced density and current oscillations close to the magnetic impurity. These
radially localised oscillations depend strongly on the coupling of the spin to
the magnetic field, which give rise to non-trivial spin currents. Moreover, the
Zeeman interaction introduces a lowest flat band for $E_F=0^+$ assuming a spin
$g_s$-factor of two. Surprisingly, in this case the charge and current
densities can be computed analytically in the thermodynamic limit. Numerical
calculations show that the total magnetic response of the electron gas remains
diamagnetic (similar to Landau levels) independent of the Fermi energy.
However, the contribution of certain, infinitely degenerate energy levels may
become paramagnetic. Furthermore, numerical computations of the Hall
conductivity reveal asymptotic properties of the electron gas, which are driven
by the anisotropy of the vector potential instead of the magnetic field, i.e.
become independent of spin. Eventually, the distorted Landau levels give rise
to different Hall conductivity phases, which are characterized by sharp sign
flips at specific Fermi energies. Overall, our work merges "impurity" with
Landau-level physics, which provides novel physical insights, not only locally,
but also in the asymptotic limit. This paves the way for a large number of
future theoretical as well as experimental investigations.
- Abstract（参考訳）: 解析的閉形解は、ゼーマン相互作用を含む静的で不均一な(1/r$/decaying)磁場を受ける電子の境界状態に対して導出される。
この溶液は熱力学限界における2次元非相互作用電子ガスの多体特性へのアクセスを提供する。
放射状に歪んだランダウ準位は、磁場誘起密度や磁場不純物に近い電流振動と同様に識別することができる。
これらの放射的に局在した振動はスピンと磁場のカップリングに強く依存し、非自明なスピン電流を引き起こす。
さらに、ゼーマン相互作用はスピン $g_s$-factor を 2 と仮定して、最低フラットバンド $e_f=0^+$ を導入する。
驚くべきことに、この場合電荷と電流密度は熱力学的極限で解析的に計算できる。
数値計算により、電子ガスの総磁気応答はフェルミエネルギーとは独立に(ランダウ準位と同様)反磁性のままであることが示された。
しかし、ある無限に縮退するエネルギー準位の寄与は常磁性になる可能性がある。
さらに、ホール伝導率の数値計算は、磁場の代わりにベクトルポテンシャルの異方性によって駆動される電子ガスの漸近性、すなわちスピンとは独立な性質を示す。
最終的に、歪んだランダウ準位は、特定のフェルミエネルギーにおける鋭い符号フリップによって特徴づけられる異なるホール導電相をもたらす。
全体として、我々の研究はランドーレベルの物理学と「不純物」を融合させ、局所的だけでなく漸近的限界にも新たな物理的洞察をもたらす。
これは、多くの将来の理論と実験的研究の道を開くものである。
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