特殊な低次元構造を持つ遷移金属化合物の多体電子状態の理論

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J02767
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 鳥山 達矢 千葉大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Keywords: 物性理論 / 強相関電子系 / 遷移金属化合物 / 第一原理計算

Research Abstract

本研究は、ホランダイトやカルシウムフェライトといった複雑で、かつ特殊な低次元構造を持つ遷移金属化合物の電子状態を明らかにし、その物性の起源を解明することを目的としている。今年度は各々の物質の基本的な電子構造を明らかにするとともに、その物性解明のための強相関模型を導出する計算コードの開発に力を注いだ。詳細は以下のとおりである。
K_2Mo_8O_16に創発する超原子結晶
Moホランダイトの低エネルギー電子状態は、Mo_4クラスターが分子軌道をひとつもつ「超原子」と見做せ、これがっくる超原子結晶として記述できる可能性を以前指摘した。これについて、ワニエ「関数を用いて超原子を基底に持つ有効模型を第一原理的に導出することで示した。
層状カルコゲナイドIrTe_2の構造層転移と超伝導
低温で構造相転移を示し、IrをPtで置換することで特殊な超伝導が発生するIrTe_2の電子状態について研究を行った。最近明らかにされた低温構造について第一原理計算を行い、IrTe_2は構造相転移に伴い電気伝導面ががらりと変わるという非常に特殊な電子構造の変化を起こしていることを明らかにした。また、高温構造の計算結果をARPESの実験と比較することにより、この系ではIrの5a電子だけでなく、Teの5d電子のスピン軌道相互作用も重要であることを明らかにした。
強相関手法のための有効模型を導出するプログラムの作成
有効模型を第一原理的に導出するための計算コードとしてWannier90やWien2wannierが公開されている。しかしこれらは、ホランダイトのような複雑な結晶構造でかつ、今回の超原子のような特殊な基底を持つ場合にはそのままでは適用できなかった。これを解決し、どんな構造、基底でもワニエ関数による有効模型を導出できるように既存のコードを補佐する計算コードを作成した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は個々の遷移金属化合物の電子構造をGGA/GGA+Uの枠組みでの明らかにすることと、強相関的手法を用いるための有効模型を導出できるようになることを目標として研究を行った。当初の予定からは多少前後したが、研究成果を得られているため順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

今後もK_2V_80_<16>やNaV_20_4といた他の遷移金属化合物の物性を明らかにするため、GGA/GGA+Uの枠組みで電子状態を明らかにしていくとともに、有効模型を導出しその解析を進めていく予定である。同時に、GGAでは取り扱えない強い電子相関の効果を考慮するためにLDA+DMFTの計算コードの開発も進めていく。
また、IrTe_2が示すスピン軌道相互作用が絡んだ特異な超伝導状態について言及することができなかったため、この系についても有効模型を導出し、議論を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Switching of Conducting Planes by Partial Dimer Forrnation in lrTe_2 (2014)
  • Author(s): T. Toriyama M. Kobori, T. Konishi, Y. Ohta, K. Sugimoto, J. Kim, A. Fujiwara, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara
  • Journal Title: Journal ofthe Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 033701/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.033701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Important Roles of Te 5p and lr 5d Spin-Orbit lnteractions on the Multi-bandElectronic Structure ofTriangular Lattice Superconductor Ir_<1-x>Pt_xTe_2 (2014)
  • Author(s): D. Ootsuki, T. Toriyama M. Kobayashi, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara T. Sugimoto, T. Yoshida, M. Horio, A. Fujimori, M. Arita, H. Anzai, H, Namatame, M. Taniguchi, N. L. saini, T. Konishi, Y. Ohta, and T. Mizokawa
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 033704/1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.033704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superatomic crysta1 emerging in transition-metal oxides : Molybdenum hollandite K_2Mo_80_<16> (2013)
  • Author(s): T. Toriyama, M. Watanabe, T. Konishi, Y. Ohta
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 88 Pages: 235116/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.235116
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ir1-xPtxTe2の角度分解光電子分光II (2014)
  • Author(s): 大槻太毅、N. L. Saini、溝川貴司、大田由一、辛埴、岡崎浩三、藤森淳、鳥山達矢、小西健久、太田幸則、下舜生、工藤一貴、野原実
  • Organizer: 日本物理学会2014年年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学(神奈川県平塚市)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] Ir1-xPtxTe2の角度分解光電子分光 (2014)
  • Author(s): 大槻太毅、野田智博、杉本拓也、溝川貴司、N. L. Saini、堀尾眞史、鈴木博人、吉田鉄平、藤森淳、安斎太陽、有田将司、生天目博文、谷口雅樹、小林正起、堀場弘司、組頭広志、小野寛太、鳥山達矢、小西健久、太田幸則、下舜生、工藤一貴、野原実
  • Organizer: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島国際会議場(広島県広島市)
  • Year and Date: 2014-01-13
• [Presentation] IrTe_2の低温構造とその電子状態 (2013)
  • Author(s): 鳥山達矢, 小堀正雄, 小西健久, 太田幸則, 下舜生, 工藤一貴, 野原実, 杉本邦久, 金廷恩, 藤原明比古
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県徳島市)
  • Year and Date: 2013-09-27
• [Presentation] AuTe_2におけるTeダイマー切断による電子構造の変化 (2013)
  • Author(s): 下井果、鳥山達矢、小西健久、太田幸則
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島県徳島市)
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Electronic structure of calcium-ferrite―type Cr oxide NaCr_20_4 (2013)
  • Author(s): T. Toriyama, T. Konishi, Y. Ohta.
  • Organizer: Intemational Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2013)
  • Place of Presentation: University of Tokyo(東京都文京区)
  • Year and Date: 2013-08-07
• [Presentation] Single-panicle excitation spectrum of excitonic insulator Ta_2NiS_<e5> (2013)
  • Author(s): K. Seki, T. Kaneko, T. Toriyama, T. Konishi, Y. Ohta, Y. Wakisaka, T. Mizokawa, T, Sudayama, K. Takubo, N. Saini, M, Arita, H. Namatame, M, Taniguchi, N. Katayama M. Nohara, H. Takagi
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron System (SCES2013)
  • Place of Presentation: University ofTokyo(東京都文京区)
  • Year and Date: 2013-08-07