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励起子相の実証に向けた強結合励起子凝縮系物質の有限温度・非平衡ダイナミクスの解明

Research Project

Project/Area Number 22KJ0462
Project/Area Number (Other) 21J20604 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

廉澤 誠大  千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords励起子絶縁体 / 密度行列繰り込み群法 / 2次元 / 量子スピン系
Outline of Research at the Start

励起子絶縁体とは、バンドの重なりの小さい半金属やバンドギャップの小さい半導体において、伝導帯の電子と価電子帯の正孔がクーロン相互作用によって束縛状態(励起子)を形成し、それが多数集まって凝縮することで励起子の束縛エネルギーに相当するバンドギャップが形成され絶縁化した状態である。
本研究では、励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5が強結合励起子凝縮系であることを念頭に、従来では基底状態に着目されがちであった励起子相の有限温度や非平衡状態といった励起状態に着目して、相転移の機構や実験結果との対応を明らかにすることで、励起子相の実証に向けた学理の基盤を築く。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、擬1次元励起子絶縁体候補物質の有効模型について、系の擬1次元性を考慮した解析を行うため、密度行列繰り込み群法 (DMRG)の2次元系への拡張に関する研究を行った。本年度の研究成果は以下の2つである。
1. 2次元量子系の境界条件としてスパイラル境界条件 (SBC)を導入することで、2次元の格子系を周期的な1次元鎖に厳密にマップする方法について研究した。まず、2次元正方格子とハニカム格子上のtight-binding模型について、SBCによる周期的1次元鎖へのマッピングの方法を示し、基底状態のエネルギーと分散関係や状態密度が熱力学極限へ近づいていく様子を確認した。次に、2次元正方格子上のHubbard模型の基底状態のエネルギーとXXZ模型のスタッガード磁化をDMRGを用いて計算し、熱力学極限へのサイズスケーリングを行った。得られた結果を厳密解や先行研究と比較し、十分な精度で熱力学極限での物理量を評価することができることを確認した。
2. SBCによってマップされた1次元鎖を開境界で扱うことによって、DMRGでの計算コストを削減し、2次元量子系の局所的な秩序変数を精度良く計算する方法の提案を行った。ベンチマークとして、2次元正方格子上のXXZ模型について、基底状態のスタッガード磁化をXXZ異方性や系のスピンの大きさを変えてDMRGで計算し、熱力学極限での値を評価した。得られた結果を先行研究と比較することにより、DMRGでは計算することが難しいXY相やスピンの大きい場合にも十分な精度で計算が可能であることを確認した。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Technical University Dresden/IFW Dresden(ドイツ)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] IISER Mohali(インド)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Study of staggered magnetization in the spin-S square-lattice Heisenberg model using spiral boundary conditions2023

    • Author(s)
      M. Kadosawa, M. Nakamura, Y. Ohta, and S. Nishimoto
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Issue: 2 Pages: 023701-023701

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.023701

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] One-dimensional projection of two-dimensional systems using spiral boundary conditions2023

    • Author(s)
      Kadosawa Masahiro、Nakamura Masaaki、Ohta Yukinori、Nishimoto Satoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Issue: 8

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.l081104

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spin-S impurities with XXZ anisotropy in a spin-1/2 Heisenberg chain2021

    • Author(s)
      Singhania Ayushi、Kadosawa Masahiro、Ohta Yukinori、Kumar Sanjeev、Nishimoto Satoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 22

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.224407

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] スパイラル境界条件を用いた2次元格子系の1次元格子系へのマッピング2022

    • Author(s)
      廉澤誠大、中村正明、太田幸則、西本理
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] スパイラル境界条件を用いた2次元ハイゼンベルク模型の自発磁化の計算2022

    • Author(s)
      廉澤誠大, 太田幸則, 中村正明, 西本理
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] スピン1/2ハイゼンベルク鎖における異方的スピンS不純物の効果2021

    • Author(s)
      廉澤誠大, 太田幸則, 西本理, Ayushi Singhania, Sanjeev Kumar
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of spin-S impurities with XXZ anisotropy in the spin-1/2 Heisenberg chain2021

    • Author(s)
      Masahiro Kadosawa, Yukinori Ohta, Satoshi Nishimoto, Ayushi Singhania, Sanjeev Kumar
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES) 2020/2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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