1000 T非摂動磁場効果の理論

Planned Research

Project Area	1000-Tesla Chemical Catastrophe : Science of Chemical Bonding under Non-perturbative Magnetic Fields
Project/Area Number	23H04865
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (II)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	岡隆史東京大学, 物性研究所, 教授 (50421847)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	那須譲治東北大学, 理学研究科, 准教授 (40610639) 富田裕介芝浦工業大学, 工学部, 教授 (50361663) 笠松秀輔山形大学, 理学部, 准教授 (60639160)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2028-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥109,460,000 (Direct Cost: ¥84,200,000、Indirect Cost: ¥25,260,000) Fiscal Year 2024: ¥21,710,000 (Direct Cost: ¥16,700,000、Indirect Cost: ¥5,010,000) Fiscal Year 2023: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000)
Keywords	強磁場 / 量子物質 / 電子状態 / 強相関効果 / 電子相関 / 構造相転移 / 磁場誘起現象の理論
Outline of Research at the Start	1000テスラという強磁場により電子やイオンは10オングストローム程度の半径で回転し続けるサイクロトロン運動を行います。量子力学の観点からみると、本来、電子などは波と粒子の両面性を持っているのですが、磁場下では「回転する粒子」としての性質が強くなります。これにより、波としての性質を強く反映していた化学反応や固体結晶の成り立ち、さらには物質の性質が大きく変化します。本課題では計算機やモデル解析を通じてこれらの新奇現象について研究していきます。
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、1000T磁場下の量子物質を理解するための基礎的なモデルの構築を目指しました。磁場下の電子状態の理解は限定的です。これは、電子が磁場下では並進対称性を失うため、現在の電子状態理論の基礎であるバンド理論を使うことが難しくなるからです。今年度は本領域で行われている実験から特徴的なものをいくつか選択し、それぞれの状況にあったモデル計算を試みました。①強相関電子系における構造相転移を伴う金属絶縁体転移を理解するために強束縛模型を元に磁場の印可するゼーマン項の効果を解析し、実際に磁場誘起相転移が引き起こされることを示しました。②さらに、第一原理計算を用いて固体中のスピン分極変化に由来する構造変化を検討し、強磁場印加によってそれが誘起可能か見積もりました。③また、誘電体転移や、構造相転移が関わる現象を巨視的に理解するための有効モデルを構築しました。モンテカルロ法を用いて秩序の生成に磁場がどのような影響を及ぼすのかを解析しました。④そして、フォノンの回転運動が電子に及ぼす影響をフロッケ・エンジニアリングの手法を用いて定式化しました。特に、ディラック電子系における強相関効果に着目し、磁場によってどのような秩序が現れるのかを解析しています。さらに、これらの結果を基盤とし、遷移金属酸化物などの強相関電子系に対して、強磁場を印加することで現れる多量体化の崩壊など新規現象の起源を、多軌道性に注目して明らかにしました。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度は領域会議や班間連携セミナーを通じて多彩な磁場誘起現象について議論を深めた。理論模型の構築も実施し、磁場誘起秩序についての計算を開始している。
Strategy for Future Research Activity	特任助教が着任する令和６年度は、当初計画されていた研究を更に強力に推進する。具体的には、磁場中のランダウ準位が誘起するディラック電子系を考え、そこで電子間相互作用により電荷密度が実現する可能性について検討する。また、電荷密度波がスライドする時に起きる断熱ポンピングについても議論を進める。