2016 Fiscal Year Annual Research Report
Microscopic theory for multipole ordering and superconductivity in f-electron many-body systems on the basis of a j-j coupling scheme
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16H04017
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
堀田 貴嗣 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (00262163)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 一匡 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (30456199)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強相関ｆ電子 / 多極子 / 非クラマース二重項 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，Γ3非クラマース系に対する微視的有効模型の構築と有効f電子モデルに対する多極子秩序の理論的研究を行った。
まず，Γ3非クラマース二重項が結晶場基底状態となっている場合，Γ7とΓ8をまたぐ縮退した2種類の局所一重項をベースに，それらを格子点上に配置した格子模型や伝導電子と混成する不純物模型を考案した。次に，その格子模型に基づいて，多極子秩序構造を議論した。このモデルでは，一電子状態として全角運動量j=5/2の状態を考え，二電子状態としてΓ3が結晶場基底状態になるような電子間相互作用を取り入れた。そして，このΓ3イオン間の電子の跳び移り積分に関する2次摂動論を用いて，多極子相互作用を導出した。得られた多極子相互作用は，単純立方格子では四極子相互作用，体心立方格子と面心立方格子では八極子相互作用が主要な相互作用となった。これは，Γ8系での多極子相互作用と共通する結果となっている。
平均場近似および乱雑位相近似に基づく多極子秩序の理論研究では，当初，スピン軌道相互作用のある3次元7軌道電子模型に対する計算を予定していたが，計算に時間がかかりすぎることが予想されたので，平成28年度はまず，その有効モデルである2軌道Γ8ハバード模型に対して計算を実行することとした。このモデルに対して，多極子秩序に対する秩序変数を正しく定義し，平均場近似の下で，秩序化を起こす多極子を決定するための計算スキームを完成させた。また，単純立方格子上の2軌道Γ8ハバード模型に乱雑位相近似を適用し，超伝導転移温度および多極子密度波の転移温度を見積もった。その結果，四極子秩序状態の近傍に現れる「従来型」の異方的超伝導とともに，広いパラメータ領域において，局所クーパー対が起源となる異方的超伝導が形成されることを明らかにした。
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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
複雑なf電子多体系，特に，Γ3非クラマース系に対する微視的有効模型の構築を予定通りに行い，さまざまな角度からそのモデルを検討し，興味深い結果を得ることができた。
多極子秩序に対する平均場近似理論については，当初，スピン軌道相互作用のある3次元7軌道モデルで研究を行うことを計画していたが，計算に時間がかかりすぎて成果が得られない可能性があったので，ミニマムモデルである有効2軌道Γ8モデルに対象を切り替え，平成28年度中に計算スキームを完成させて一定の成果を得ることを目指した。対象モデルは変わったが，計算スキームを完成させることができたので，平成29年度には，スピン軌道相互作用のある3次元7軌道モデルへの適用を目指す。また，有効2軌道モデルに対して乱雑位相近似を適用し，四極子秩序相近傍の超伝導状態について知見を得ることができた。
以上のように，対象モデルを一部簡略化したところはあったが，当初予定した研究は概ね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
多極子秩序およびその近傍の超伝導に対する微視的理論研究を予定通り遂行する。スピン軌道相互作用のある3次元7軌道モデルに乱雑位相近似を適用し，Pr化合物の四極子秩序，UBe13の超伝導に対して，微視的観点から理論的な結果を得る。特に，UBe13については最近，s波超伝導の可能性が指摘されている。電子相関が強くてもs波超伝導が生じるのか，大変興味深い。これに対し，本研究では四極子揺らぎによる超伝導の観点から，その理解を目指す。
当初予定していなかった研究として，スピン軌道相互作用のある局所7軌道モデルをΓ8伝導電子と結合させた7軌道不純物アンダーソン模型を数値繰り込み群法を用いて詳細に解析し，2チャンネル近藤効果による非フェルミ液体状態を系統的に議論することを考えている。特に，f2のΓ3非クラマース系が2チャンネル近藤効果の典型的な例と目されているが，それ以外のf電子系で磁気的な2チャンネル近藤効果が出現する具体例を見つけ出したい。これにより，対象物質が限られている2チャンネル近藤効果の研究に，新風を吹き込むことを目論んでいる。
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