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炭素系超伝導体の強相関第一原理計算:電子電子相互作用と電子格子相互作用の拮抗

Research Project

Project/Area Number 12J08652
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(理論)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

野村 悠祐  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords超伝導 / フラーレン / 電子格子相互作用 / 強相関電子系 / 第一原理計算 / downfolding / 動的平均場理論 / モット転移
Outline of Annual Research Achievements

アルカリ金属をドープしたフラーレン化合物の超伝導について第一原理による研究を行った。この系においては、s波超伝導に隣接してモット絶縁体相が存在するが、それに対する統一的理解はこれまでなされてこなかった。本研究においては、第一原理計算により、フェルミエネルギー近傍のバンドと格子振動(フォノン)の自由度を含んだ低エネルギー有効ハミルトニアンを導出した。有効的な電子間相互作用はクーロン相互作用(斥力)とフォノンを媒介とする相互作用(引力)の和で表される。密度密度型の相互作用は前者がはるかに大きいのに対し、交換相互作用においてはフォノン媒介の引力が上回り、有効的に負の交換相互作用及びペア・ホッピング相互作用が実現していることが第一原理計算により明らかになった。
得られたハミルトニアンを拡張動的平均場理論で解析することにより、s波超伝導相にモット絶縁体相が隣接した相図を理論的に再現することに成功した。また、超伝導転移温度に関しても理論により得られた最高転移温度は28 K程度と、実験の35 Kを非常によく再現することがわかった。詳細な解析により、超伝導の本質は
1. 負の交換相互作用に対応して軌道間斥力が軌道内斥力が大きくなることによる軌道内ペアの生成
2. ペア・ホッピング相互作用による軌道内ペアの他の軌道への散乱(スール・近藤機構)
であることが明らかになった。負の交換相互作用が実現するのはフォノンの存在によるので、この超伝導にはフォノンが本質的な役割を果たしている。しかしながら、従来型のフォノン超伝導と違うのは、強相関効果が超伝導を助ける点にある。相関効果によって電子の運動エネルギーが減少することにより1の機構がより有効的に働くためである。よって、フラーレン超伝導体はフォノンと電子相関が協力しあって高温s波超伝導を実現しているような全く新しいタイプの超伝導体であることがわかった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2015 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (22 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Correlation effects in (111) bilayers of perovskite transition-metal oxides2014

    • Author(s)
      Satoshi Okamoto, Wenguang Zhu, Yusuke Nomura, Ryotaro Arita, Di Xiao, and Naoto Nagaosa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Issue: 19

    • DOI

      10.1103/physrevb.89.195121

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Multi-orbital cluster dynamical mean-field theory with an improved continuous-time quantum Monte Carlo algorithm2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Shiro Sakai, and Ryotaro Arita
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Issue: 19

    • DOI

      10.1103/physrevb.89.195146

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] First-Principles Study of the Honeycomb-Lattice Iridates Na2IrO3 in the Presence of Strong Spin-Orbit Interaction and Electron Correlations2014

    • Author(s)
      Youhei Yamaji, Yusuke Nomura, Moyuru Kurita, Ryotaro Arita, Masatoshi Imada
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 113 Issue: 10

    • DOI

      10.1103/physrevlett.113.107201

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of Electron-Phonon Interactions on Orbital Fluctuations in Iron-Based Superconductors2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 112

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism of enhanced optical second-harmonic generation in the conducting pyrochlore-type Pb_2Ir_2O_<7-χ>oXide compound2013

    • Author(s)
      Yasuyuki Hirata, Makoto Nakajima, Yusuke Nomura, Hiroyuki Tajima, Yoshitaka Matsushita, Keiko Asoh, Yoko Kiuchi, Adolfo G. Eguiluz, Ryotaro Arita, Tohru Suemoto, and Kenya Ohgushi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110

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      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local strain and anharmonicity in the bomding of Bi_2Se_〈3_χ〉Te_χ topological insulators2013

    • Author(s)
      Keeseong Park, Yusuke Nomura, Ryotaro Arita, Anna Llobet, and DespinaLouca
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88

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      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polar Antiferromagnets Produced with Orbital Order2012

    • Author(s)
      Naoki ogawa, Yasushi Ogimoto, Yoshiaki Ida, Yusuke Nomura, Ryotaro Arita, Kenjiro Miyano
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 108 Issue: 15

    • DOI

      10.1103/physrevlett.108.157603

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ab initioderivation of electronic low-energy models for C_<60>and aromatic compounds2012

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuia NaKamura, Ryotaro Arita
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85 Issue: 15

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.155452

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Conductivity and incommensurate antiferromagnetism of Fe_<1.02>Se_<0.10>Te_<0.90> under pressure2012

    • Author(s)
      N. Katayama, K. Matsubayashi, Y. Nomura, S. Ji, J. Leao, M. A. Green, T. J. Sato, Y. Uwatoko, M. Fujita, K. Yamada, R. Arita、and S. -H. Lee
    • Journal Title

      Europhysics Letters

      Volume: 98 Issue: 3 Pages: 37002-37002

    • DOI

      10.1209/0295-5075/98/37002

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effective on-site interaction for dynamical mean-field theory2012

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Merzuk Kaltak, Kazuma Nakamura, Ciro Taranto, Shiro Sakai, Alessandro Toschi, Ryotaro Arita, Karsten Held, Genre Kresse, Masatoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 86 Issue: 8 Pages: 85117-85117

    • DOI

      10.1103/physrevb.86.085117

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フラーレン超伝導体における超伝導転移温度の非経験的計算2015

    • Author(s)
      野村悠祐,酒井志朗,中村和磨,Massimo Capone,有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会 第70 回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学、東京都
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-empirical calculation of superconducting transition temperature for C60 superconductors2015

    • Author(s)
      Y. Nomura, S. Sakai, K. Nakamura, M. Capone and R. Arita
    • Organizer
      International Workshop on New Frontier of Numerical Methods for Many-Body Correlations ― Methodologies and Algorithms for Fermion Many-Body Problems
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2015-02-18 – 2015-02-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab initio calculation of superconducting transition temperature for alkali-doped fullerides2014

    • Author(s)
      Y. Nomura, S. Sakai, K. Nakamura, M. Capone and R. Arita
    • Organizer
      International Symposium on Computics: Quantum Simulation and Design ISC-QSD 2014
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-12-01 – 2014-12-03
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] フラーレン化合物における超伝導とモット絶縁体転移の第一原理的研究2014

    • Author(s)
      野村悠祐
    • Organizer
      基研研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所、京都府
    • Year and Date
      2014-10-21 – 2014-10-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] フント結合が引き起こす空間相関効果:クラスター動的平均場理論による研究2014

    • Author(s)
      野村悠祐,酒井志朗,有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会 2014 年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学、愛知県
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Are electron-phonon interaction strong enough to enhance orbital fluctuations in iron-based superconductors?2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura
    • Organizer
      The New Generation in Strongly Correlated Electron Systems 2014
    • Place of Presentation
      Nice, France
    • Year and Date
      2014-06-16 – 2014-06-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] クラスター動的平均場理論による多軌道強相関電子系の研究2014

    • Author(s)
      野村悠祐、酒井志朗、有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学、神奈川県
    • Year and Date
      2014-03-28
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] フラーレン超伝導体の電子格子相互作用を含む低エネルギー模型導出2014

    • Author(s)
      野村悠祐、中村和磨、有田亮太郎
    • Organizer
      文部科学省科学研究費新学術領城「コンピューティクスによる物質デザイン : 複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-03-10
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 改良された連続時間量子モンテカルロ法による多軌道クラスター動的平均場理論2014

    • Author(s)
      野村悠祐、酒井志朗、有田亮太郎
    • Organizer
      文部科学省科学研究費新学術領域「コンピューティクスによる物質デザイン : 複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-03-10
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of electron-phonon interactionson orbitalfluctuations in iron-based superconductors : a cDFPT study2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      APS March Meeting 2014
    • Place of Presentation
      デンバー、アメリカ
    • Year and Date
      2014-03-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab Initio Downfolding Method for Electron-Phonon Coupled Systems : Application to Iron-Based and C_<60> Superoonductors2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      FIRST International Symposium on "Topological Quantum Technology"
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-01-29
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Do electron-phonon interactions enhance orbital fluctuations in iron-based superconductors?2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      RIKEN-APW joint workshop "Highlights in condensed matter physics"
    • Place of Presentation
      理化学研究所、埼玉県
    • Year and Date
      2014-01-24
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄系超伝導体における電子格子相互作用の軌道揺らぎへの影響2013

    • Author(s)
      野村悠祐、中村和磨、有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学、徳島県
    • Year and Date
      2013-09-25
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron-phonon interactions and orbital fluctuations in iron-based superconductors2013

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      伊藤国際学術研究センター、東京都
    • Year and Date
      2013-08-08
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄系超伝導体における電子格子相互作用の軌道揺らぎへの影響2013

    • Author(s)
      野村悠祐、中村和磨、有田亮太郎
    • Organizer
      文部科学省科学研究費新学術領域研究「コンピューティクスによる物質デザイン : 複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2013-07-09
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab initio downfolding for electron-phonon coupled systems : Applicationtoiron-based superconductors2013

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      Emergent Quantum Phases in Condensed Matter-from topological to first principles approaches
    • Place of Presentation
      物性研、千葉県
    • Year and Date
      2013-06-13
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子格子相互作用項を含む低エネルギー模型の第一原理導出2013

    • Author(s)
      野村悠祐、 中村和磨、 有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学、 広島県
    • Year and Date
      2013-03-26
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron correlations in C_<60> and aromatic superconductors2013

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, Ryotaro Arita
    • Organizer
      APS March Meeting 2013
    • Place of Presentation
      ボルティモア、 アメリカ
    • Year and Date
      2013-03-20
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Effective Onsite Interaction for Dynamical Mean-Field Theory2012

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Merzuk Kaltak, Kazuma Nakamura, Ciro Taranto, Shiro Sakai, Alessandro Toschi, Ryotaro Arita, Karsten Held, Georg Kresse, Masatoshi Imada
    • Organizer
      International Workshop on Dynamical Mean-Field Approach
    • Place of Presentation
      ドレスデン、 ドイツ
    • Year and Date
      2012-09-26
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的平均場理論に対する有効相互作用の第一原理的評価2012

    • Author(s)
      野村悠祐, Merzuk Kaltak, 中村和磨, Ciro Taranto, 酒井志朗, Alessandro Toschi, 有田亮太郎, Karsten Held, Georg Kresse, 今田正俊
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学、 神奈川県
    • Year and Date
      2012-09-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Ab initio dertivation of electronic low-energy models for C_<60> and aromatic compound2012

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuia Nakamura, Ryotaro Arita
    • Organizer
      Innovations in Strongly Correlated Electronic Systems : School and Workshop
    • Place of Presentation
      トリエステ、 イタリア
    • Year and Date
      2012-08-08
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Effective Onsi te Interaction for Dynamical Mean-Field Theory2012

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Merzuk Kaltak, Kazuma Nakamura, Ciro Taranto, Shiro Sakai, Alessandro Toschi, Eyotaro Arita, Karsten Held, Georg Kresse, Masatoshi Imada
    • Organizer
      What about U ? -Corrective approaches to DFT for strongly-correlated systems
    • Place of Presentation
      ローザンヌ、 スイス
    • Year and Date
      2012-06-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://fpmrt.riken.jp/public_html/nomura/webpage_nomura.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://arita-lab.t.u-tokyo.ac.jp/nomura/webpage_nomura.html

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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