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2011 Fiscal Year Annual Research Report

半導体中の点欠陥に起因する弾性異常の理論

Research Project

Project/Area Number 10J07800
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

山田 武見  新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 特別研究員(DC2)

Keywordsシリコン原子空孔 / 弾性ソフト化 / スピン軌道相互作用 / 動的平均場理論 / 周期アンダーソンモデル / 重い電子メタ磁性 / 近藤半導体 / 鉄系超伝導体
Research Abstract

シリコン単結晶に対する超音波実験において、1億個に1個ともいわれる極微量な原子空孔に起因する弾性定数の異常なソフト化が報告されている。特に最も基本的な系であるとされるボロンドープシリコンにおいては、ソフト化の異常な磁場依存性が報告され、超音波実験の解析から負の結合定数を持つスピン軌道相互作用が重要視されている。本研究ではこの問題に対し、無限系に1個の空孔状態を記述できるグリーン関数法を用いてその電子状態の記述、及び観測されている弾性定数のソフト化との関係を詳細に調べた。特にこれまでのタイトバインディングモデルとグリーン関数法に基づく方法に、空孔波動関数の拡がりに起因するスピン軌道相互作用の非局所的な効果を考慮することで、負のスピン軌道相互作用が実現し得ることを初めて明らかにした。この結果は異方的に拡がった空孔波動関数に対するスピン軌道相互作用の効果を精度よく考慮することが、原子空孔の低温基底状態を決定する上で本質的に重要であることを示唆するものである。
また上記の研究と並行して、重い電子系におけるメタ磁性や近藤半導体の研究、並びに鉄系超伝導体における磁気・軌道揺らぎの研究にも従事した。重い電子系の研究では、強相関電子系に対して有効な理論として知られる動的平均場理論を、実際の物質構造・結晶場の効果を考慮した周期アンダーソンモデルに適用し、電子状態の温度依存性、磁場依存性、相互作用依存性を統一的に調べた。得られた物理量には電子状態の繰り込みなどの強相関効果に加え、磁場誘起重い電子状態などの興味深い物理が反映されており、実際の実験で得られているメタ磁性や近藤半導体の振る舞いを精度良く記述している。鉄系超伝導体に対する研究では、多軌道性と電子フォノン相互作用を動的平均場の範囲で量子的に取り扱うことで、これらの局所揺らぎを利用した超伝導理論が実際の系で発現している可能性について調べた。こうした本研究における手法は、現実的な物質構造の下で量子多体問題を解くことを可能にしており、単原子空孔の量子状態を定量的に記述するための重要な計算手法であるとして期待されるものである。

  • Research Products

    (19 results)

All 2012 2011

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (18 results)

  • [Journal Article] Dynamical mean-field theory for the anisotropic Kondo semiconductor : Temperature and magnetic field dependence2012

    • Author(s)
      山田武見、大野義章
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85 Pages: 165114(1-10)

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.85.165114

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 動的平均場理論による2軌道ハバード・ホルスタインモデルにおける強相関効果と磁気・軌道揺らぎ2012

    • Author(s)
      山田武見、大野義章、三本啓輔
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] 電子相関と軌道-格子結合系の協力効果2012

    • Author(s)
      大野義章、山田武見、林健太、笠井貴文、柳有起
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] 動的平均場理論による2軌道ハバード模型の磁気秩序と軌道秩序III2012

    • Author(s)
      林健太、山田武見、柳有起、大野義章
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-25
  • [Presentation] 鉄系超伝導体のミニマル・モデルに対する動的平均場理論II2012

    • Author(s)
      笠井貴文、山田武見、柳有起、大野義章
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-25
  • [Presentation] スピンと軌道の秩序と揺らぎと相関効果2011

    • Author(s)
      大野義章、山田武見、林健太、笠井貴文、柳有起
    • Organizer
      TRIP「新規材料による高温超伝導基盤技術」領域会議
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      20111029-20111030
  • [Presentation] シリコン原子空孔の電子状態に対するグリーン関数法II2011

    • Author(s)
      山田武見、山川洋一、大野義章
    • Organizer
      平成23年度日本物理学会新潟支部第40回例会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-12-10
  • [Presentation] 近藤半導体の電子状態に対する動的平均場理論II2011

    • Author(s)
      山田武見、大野義章
    • Organizer
      平成23年度日本物理学会新潟支部第40回例会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-12-10
  • [Presentation] 動的平均場理論による鉄系超伝導体のミニマル・モデルに対する解析2011

    • Author(s)
      笠井貴文、山田武見、柳有起、大野義章
    • Organizer
      平成23年度日本物理学会新潟支部第40回例会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-12-10
  • [Presentation] 動的平均場理論を用いた重い電子系の電子状態とメタ磁性2011

    • Author(s)
      山田武見、大野義章
    • Organizer
      新学術領域「重い電子系」ワークショップ~多自由度強相関系の新しい量子相~
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-11-12
  • [Presentation] 鉄系超伝導体におけるスピン・軌道揺らぎと相関効果2011

    • Author(s)
      柳有起、山田武見、林健太、笠井貴文、大野義章
    • Organizer
      新学術領域「重い電子系」ワークショップ~多自由度強相関系の新しい量子相~
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011-11-12
  • [Presentation] 動的平均場理論による近藤半導体の電子状態II2011

    • Author(s)
      山田武見、大野義章
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] 鉄系超伝導体の磁気・軌道秩序に対する電子相関効果2011

    • Author(s)
      大野義章、柳有起、山田武見、林健太、笠井貴文
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] シリコン原子空孔における電荷状態の拡がりと相関効果2011

    • Author(s)
      山田武見、山川洋一、大野義章
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] 動的平均場理論による2軌道ハバード模型の磁気秩序と軌道秩序II2011

    • Author(s)
      林健太、山田武見、柳有起、大野義章
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] 鉄系超伝導体のミニマル・モデルに対する動的平均場理論2011

    • Author(s)
      笠井貴文、山田武見、柳有起、大野義章
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] Electronic States of Kondo Semiconductor by using the Dynamical Mean-Field Theory2011

    • Author(s)
      山田武見、大野義章、山川洋一
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011 (SCES 2011)
    • Place of Presentation
      Cambridge University, UK
    • Year and Date
      2011-09-02
  • [Presentation] Electron Correlation, Electron Phonon and Spin Orbit Interactions on the Silicon Vacancy2011

    • Author(s)
      山川洋一、山田武見、大野義章
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011 (SCES 2011)
    • Place of Presentation
      Cambridge University, UK
    • Year and Date
      2011-08-31
  • [Presentation] 動的平均場理論を用いた近藤半導体の電子状態とメタ磁性2011

    • Author(s)
      山田武見、大野義章
    • Organizer
      新学術領域「重い電子系の形成と秩序化」第3回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学柏キャンパス
    • Year and Date
      2011-06-24

URL: 

Published: 2013-06-26  

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