| Project/Area Number |
20K03858
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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 | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山川 洋一 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (60750312)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 超伝導 / 電子相関 / ループ電流秩序 / ボンド秩序 / 磁場応答 / ネマティック / 多体相関 / ボンド揺らぎ / 軌道揺らぎ / 擬ギャップ / ループカレント / 軌道秩序 / 強相関電子系 / 鉄系超伝導 / 銅酸化物高温超伝導 / 物性理論 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、鉄系や銅酸化物高温超伝導体などの強相関電子系において、多様なネマティック現象が発見されている。電子ネマティック現象は異方性の獲得にとどまらず、高温超伝導や擬ギャップといった重要な未解決現象を解明するカギだが、その正体は明らかではない。本研究では、鉄系や銅酸化物、さらに関連物質として有機物超伝導体に着目する。現実的なハバード模型に基づいた微視的計算により、これらの物質における電子ネマティック現象を包括的に理解し、その揺らぎを媒介とした超伝導・擬ギャップの発現機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、カゴメ格子金属におけるループ電流秩序に関する研究が進展した。AV3Sb5 (A = Cs, Rb, K)は、幾何学的フラストレーションを持つカゴメ格子における待望の超伝導体であり、3d軌道の強い電子相関との協奏による新たな現象の母体として、現在世界中で研究が進展している。この物質は、電荷秩序と超伝導転移に加えて、明確なスピン分極が無いにも関わらず時間反転対称性が破れるという非常に特異な振る舞いが報告され、その起源や他の秩序相との関係、さらには外場応答等に注目が集まっていた。
本研究では、まずこのループ電流秩序の起源を解析した。ボンド揺らぎを媒介とした電子-ホール励起の線形ギャップ方程式を解析し、ボンド秩序揺らぎ由来のループ電流秩序発現の機構を明らかにした。もう一つの顕著な謎が、これらの秩序の顕著な外場依存性である。そこでボンド秩序・電流秩序・外場を考慮したGinzburg-Landau(GL)理論による現象論を構築し、これらの秩序間の共存状態を解析した。その結果、ループ電流秩序が有限の一様軌道磁化をもたらし、これが非常に顕著な磁場誘起電流秩序をもたらす事を明らかにした。さらに歪み場に対するGLの係数変化に起因して、一軸圧誘起電流秩序を見出した。
さらに鉄系超伝導体では、ごく最近KドープBaFe2As2の上部臨界磁場の不純物依存性が測定され、符号反転の無いs++波超伝導を示唆する実験が報告された。そこで、第一原理計算に基づくBaFe2As2の模型を用いて、軌道・スピン・ボンド揺らぎの発達と、それらの揺らぎに起因した超伝導状態について解析した。その結果、強的軌道揺らぎと反強的ボンド秩序揺らぎが同時に発達し、s++波高温超伝導を誘起することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
特にカゴメ格子金属における研究において、当初の計画を超えた成果を得た。近年発見されたカゴメ格子超伝導体AV3Sb5は、非自明な物理現象の宝庫である。本研究ではこれまでに、バーテックス補正で記述される多体電子相関により、スピン揺らぎ間の干渉がボンド秩序をもたらすという微視的機構を明らかにした。さらに、このボンド秩序の揺らぎが、電子・電子チャンネルに対して異方的s波超伝導を、電子・ホールチャンネルに対してループ電流秩序それぞれ誘起することを、世界に先がけて微視的に明らかにした。これらの成果は、幾何学的フラストレーションと強い電子相関が共存するカゴメ格子金属がもたらす非自明な物理現象である。さらにこのループ電流秩序は、実験手法や外場の有無により、転移温度すら大きく変化する。この顕著な外場依存性を解析するため、ボンド秩序・ループ電流秩序に磁場やひずみ場の効果を考慮したGinzburg-Landau理論を構築し、非常に顕著な磁場・一軸圧力誘起の電流秩序を明らかにした。この成果は、当初の計画を超えた成果であり、論文が出版済みである。
また、超伝導研究については、BaFe2As2系においてネマティック軌道揺らぎに加え、スメクティック秩序と言うべき反強的なボンド秩序の揺らぎが発達し、両者が協力してs++波超伝導を誘起する機構を見出した。近年、複数の鉄系超伝導体においてスメクティック秩序が報告されており、本理論の結果と整合している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、本研究の当初の計画であるネマティック揺らぎと超伝導研究の進捗に加え、カゴメ格子金属の非自明な物理現象に関する研究が当初の予定を著しく超えて進展した。特に2023年度はこのカゴメ格子金属の研究に注力した。そのため、研究をまとめるために研究期間を当初の予定より１年延長する事とした。2024年度は、カゴメ格子金属の研究を進めると共に、ネマティック軌道揺らぎおよいびスメクティックボンド秩序揺らぎが高温超伝導をもたらす機構について、得られた研究成果を論文にまとめる。
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