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Variational Monte Carlo study on an excitonic condensation state

Research Project

Project/Area Number 16K17752
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionChiba Institute of Technology

Principal Investigator

WATANABE Tsutomu  千葉工業大学, 先進工学部, 准教授 (20402555)

Research Collaborator NASU Joji  
MIYATA Takafumi  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2016: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords励起子絶縁体 / 変分モンテカルロ法 / 2軌道ハバード模型 / 励起子秩序 / 物性理論
Outline of Final Research Achievements

To study the possibility of an excitonic insulator which application is expected as a novel optical device, we investigated the stability using a variational Monte Carlo calculation. As a lattice model for the excitonic state, we adopted a general two-orbital Hubbard model, in which the strength of electron correlation and potential between orbitals on a site can be changed depending on the materials. Although the appearance of the excitonic insulator is not determinately observed, our calculation results indicated that such an excitonic order is universally stabilized in a wide range of parameters. Thus, the excitonic insulator should be detected in many materials, and its application should be also achieved with sufficient possibility.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で調査した励起子絶縁体は,従来の半導体に代わる新奇スイッチング電子デバイスとしての応用化が期待されている。励起子絶縁体の存在については50年以上前から理論的に認識されてきたが,私たちの研究は変分モンテカルロ法という非摂動計算を用いることで,より現実の物質に近い格子模型で励起子絶縁体の実現性を明らかにした。この手法は現代の高速計算機を利用しており,50年以上前にはできなかった高精度の計算手法である。実際に,本研究結果は励起子絶縁体に相当する秩序状態が,これまで計算が困難であった強相関系で十分な安定性を持つことを示しており,今後実験的に多くの物質で発見される可能性が高いことを示唆している。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Open Access: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] 変分モンテカルロ法を用いた励起子絶縁体の研究2017

    • Author(s)
      渡邉努 那須譲治 中惇 石原純夫
    • Journal Title

      千葉工業大学 プロジェクト研究年報 2017年

      Volume: 14

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Spin and Charge Fluctuations near Metal-Insulator Transition in Dimer-Type Molecular Solid2017

    • Author(s)
      Naomichi Sato, Tsutomu Watanabe, Makoto Naka, Sumio Ishihara
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 86 Issue: 5 Pages: 053701-053701

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.053701

    • NAID

      40021185611

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ダイマーモット系の金属 絶縁体転移近傍における電荷・磁気ゆらぎ2017

    • Author(s)
      佐藤直道, 渡邉努, 中惇, 石原純夫
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会(2017年)
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス(大阪市豊中市)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 変分モンテカルロ法を用いた励起子絶縁体の研究2017

    • Author(s)
      渡邉努
    • Organizer
      千葉工業大学附属研究所 研究活動報告会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 有機導体κ-(ET)2Xにおける電荷相関と磁気相関2016

    • Author(s)
      佐藤直道, 渡邉努, 中惇, 石原純夫
    • Organizer
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 有機導体κ-(ET)2X における電荷相関とスピン相関2016

    • Author(s)
      佐藤直道, 渡邉努, 中惇, 石原純夫
    • Organizer
      物性研究所短期研究会 パイ電子系物性科学の最前線
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2016-08-08
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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