軌道自由度がもたらす銅酸化物高温超伝導体の新展開の理論
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20K03847
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
渡部 洋 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 研究員 (50571238)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 銅酸化物高温超伝導体 / 軌道自由度 / 強相関電子系 / 変分モンテカルロ法 / ストライプ相 / 物性理論 / 超伝導 / 計算物理 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、銅酸化物高温超伝導体の未解決問題を軌道自由度という観点から統一的に理解し、新展開につなげることである。銅の2つのd軌道と酸素の2つのp軌道を考慮したモデルを解析することで、長年の問題である不足ドープ領域における電荷密度波・ネマティック秩序、過剰ドープ領域における強磁性の可能性と超伝導転移温度の物質依存性を明らかにする。本研究の成果は銅酸化物のみに留まらず、新たな強磁性体やより高い転移温度を持つ超伝導体の創製にもつながると期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は、前年度に引き続き銅酸化物高温超伝導体の諸物性の物質依存性に関する理論研究を行った。単層系の典型例であるLa_{2}CuO_{4}とHgBa_{2}CuO_{4}（以下ではLa系、Hg系と略記）に対して第一原理計算を行い、得られたバンド構造を再現する4バンドd-p模型を構築した。これらの模型に対して変分モンテカルロ法を適用し、様々なパラメータ空間における基底状態の性質を詳細に調べた。
前年度は隣接d軌道間のクーロン相互作用V_{dd}によって超伝導を含む秩序状態が顕著に抑制されること、母物質がモット絶縁体からスレーター絶縁体に転移するのに伴って超伝導相関関数がドーム型から単調減少型に転じること、さらに超伝導が消失した過剰ドープ領域においてフント結合に起因する局在磁気モーメントが増大することを見出した。
今年度は超伝導・反強磁性と競合する相として以前から研究されているストライプ相に注目し、その形成機構や安定性について詳細に調べた。その結果、La系では相互作用を起源とするs'-wave型と呼ばれるストライプ相が安定化することを示し、ホールドープ量xとスピン構造因子に関する「山田の関係則」も再現することができた。一方Hg系では相互作用が弱く山田の関係則が成り立たないことと、La系とは電荷秩序の位相が異なるd-wave型ストライプ相が安定化することを示し、物質依存性を統一的に理解することができた。また、エネルギー比較とMaxwell Constructionの解析から低ドープ領域が相分離に対して非常に不安定であることを示した。以上の結果は低ドープ領域の複雑な相競合の理解に大きく貢献すると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の目標だったストライプ相の形成機構や安定性を示すことができ、さらにLa系とHg系の比較を通じて定性的に異なるs'-wave型とd-wave型の両方を再現することができた。これは実験事実とも整合しており予想以上の成果であったため、当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
過去3年間で得られた結果をもとに、軌道自由度に立脚した銅酸化物高温超伝導体の理論の総まとめをする。特に近年注目されているBCS-BECクロスオーバーの観点から、低ドープ領域の超伝導相の解析をさらに進める。これまでのBCS-BECクロスオーバーの理論は主に従来型であるs-waveの超伝導・超流動に関するものであったが、これを銅酸化物高温超伝導体や二次元有機超伝導体などの異方的超伝導に拡張することを目指す。BCS-BECクロスオーバーの判断基準となるフェルミエネルギーと化学ポテンシャルのずれや超流動密度の変化などの解析を通じて総合的に議論する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
