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2013 Fiscal Year Annual Research Report

炭素系超伝導体の強相関第一原理計算:電子電子相互作用と電子格子相互作用の拮抗

Research Project

Project/Area Number 12J08652
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

野村 悠祐  東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Keywords超伝導 / フラーレン / 電子格子相互作用 / 強相関電子系 / 第一原理計算 / downfolding / 動的平均場理論
Research Abstract

超伝導転移温度が40K程度に達するフラーレン超伝導体のCs_3C_<60>は常圧で絶縁体的性質を示し、電子相関によるMott絶縁体が実現していると考えられる。この系はフラーレン分子の3重縮退したLUMO軌道に3つの電子が詰まったハーフフィリングの系であるため、クーロン相互作用がもたらす正のフント結合があれば、S=3/2の高スピン状態をとると考えられる。しかし、実験的にはS=1/2の低スピン状態が観測されている。本年度は、昨年度に開発した電子と格子がカップルした系に対する低エネルギー有効模型導出の方法論を使って、フラーレン超伝導体に対して、フォノンを介した電子間の交換相互作用の大きさを見積もった。すると、その静的部分が~-0.05 eVであると見積もられ、これはクーロン相互作用による交換相互作用(~0.035 eV)よりも絶対値が大きいことがわかった。この結果、この系では有効的に負のフント結合が存在することが初めて第一原理的に示された。この負のフント結合が低スピン状態をもたらすと考えられる。また、本年度はそれに加え、得られた有効模型解析に用いる動的平均場理論のコードの整備を行った。そのコードを用い、2次元2軌道ハバード模型の4サイトクラスターを用いた金属絶縁体転移を調べた。この計算は多軌道のクラスター動的平均場理論において、初めてスピンフリップ項やペアホッピング項などの密度型ではない交換相互作用を取り入れた計算となっている。得られた第一原理有効模型をもとに動的平均場理論を用いて、超伝導相関関数などの2体の量を計算することができるようになれば、フラーレン超伝導体の超伝導発現機構における電子間相互作用と電子格子相互作用の役割を解明することができると期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は電子間相互作用に加え電子格子相互作用が入った模型を解析するための動的平均場理論のコードの開発に着手した。これに加え、超伝導相への不安定性を議論するために相関関数を動的平均場理論の枠内で計算できるようにコードを拡張中である。すでに求めている第一原理的有効模型をこの拡張したコードで解析することにより、フラーレン超伝導体の超伝導機構に体する電子間相互作用と電子格子相互作用の寄与を第一原理的に解明することが可能になると考えられる。この進行度は当初の計画通りであり、②の評価が妥当である。

Strategy for Future Research Activity

フラーレン超伝導体の低エネルギー有効模型を第一原理的に導出し、それを解析することで超伝導機構の解明を目指しているが、低エネルギー有効模型導出と模型解析に使う動的平均場理論のコードの整備も順調に進んでいる。よって、あと残された課題は実際に得られた模型を解析し、超伝導機構を議論することである。この解析は計算時間のかかる重い計算になるが、物性研や理化学研究所のスパコンを使えば、実行可能である。

  • Research Products

    (13 results)

All 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Effect of Electron-Phonon Interactions on Orbital Fluctuations in Iron-Based Superconductors2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 112 Pages: 027002-1-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism of enhanced optical second-harmonic generation in the conducting pyrochlore-type Pb_2Ir_2O_<7-χ>oXide compound2013

    • Author(s)
      Yasuyuki Hirata, Makoto Nakajima, Yusuke Nomura, Hiroyuki Tajima, Yoshitaka Matsushita, Keiko Asoh, Yoko Kiuchi, Adolfo G. Eguiluz, Ryotaro Arita, Tohru Suemoto, and Kenya Ohgushi
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110 Pages: 187402-1-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local strain and anharmonicity in the bomding of Bi_2Se_〈3_χ〉Te_χ topological insulators2013

    • Author(s)
      Keeseong Park, Yusuke Nomura, Ryotaro Arita, Anna Llobet, and DespinaLouca
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 224108-1-7

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] クラスター動的平均場理論による多軌道強相関電子系の研究2014

    • Author(s)
      野村悠祐、酒井志朗、有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学、神奈川県
    • Year and Date
      2014-03-28
  • [Presentation] フラーレン超伝導体の電子格子相互作用を含む低エネルギー模型導出2014

    • Author(s)
      野村悠祐、中村和磨、有田亮太郎
    • Organizer
      文部科学省科学研究費新学術領城「コンピューティクスによる物質デザイン : 複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-03-10
  • [Presentation] 改良された連続時間量子モンテカルロ法による多軌道クラスター動的平均場理論2014

    • Author(s)
      野村悠祐、酒井志朗、有田亮太郎
    • Organizer
      文部科学省科学研究費新学術領域「コンピューティクスによる物質デザイン : 複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-03-10
  • [Presentation] Effect of electron-phonon interactionson orbitalfluctuations in iron-based superconductors : a cDFPT study2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      APS March Meeting 2014
    • Place of Presentation
      デンバー、アメリカ
    • Year and Date
      2014-03-04
  • [Presentation] Ab Initio Downfolding Method for Electron-Phonon Coupled Systems : Application to Iron-Based and C_<60> Superoonductors2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      FIRST International Symposium on "Topological Quantum Technology"
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2014-01-29
  • [Presentation] Do electron-phonon interactions enhance orbital fluctuations in iron-based superconductors?2014

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      RIKEN-APW joint workshop "Highlights in condensed matter physics"
    • Place of Presentation
      理化学研究所、埼玉県
    • Year and Date
      2014-01-24
  • [Presentation] 鉄系超伝導体における電子格子相互作用の軌道揺らぎへの影響2013

    • Author(s)
      野村悠祐、中村和磨、有田亮太郎
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学、徳島県
    • Year and Date
      2013-09-25
  • [Presentation] Electron-phonon interactions and orbital fluctuations in iron-based superconductors2013

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      伊藤国際学術研究センター、東京都
    • Year and Date
      2013-08-08
  • [Presentation] 鉄系超伝導体における電子格子相互作用の軌道揺らぎへの影響2013

    • Author(s)
      野村悠祐、中村和磨、有田亮太郎
    • Organizer
      文部科学省科学研究費新学術領域研究「コンピューティクスによる物質デザイン : 複合相関と非平衡ダイナミクス」平成25年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学、東京都
    • Year and Date
      2013-07-09
  • [Presentation] Ab initio downfolding for electron-phonon coupled systems : Applicationtoiron-based superconductors2013

    • Author(s)
      Yusuke Nomura, Kazuma Nakamura, and Ryotaro Arita
    • Organizer
      Emergent Quantum Phases in Condensed Matter-from topological to first principles approaches
    • Place of Presentation
      物性研、千葉県
    • Year and Date
      2013-06-13

URL: 

Published: 2015-07-15  

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