2016 Fiscal Year Annual Research Report
Materials Design and Exploration of Functions for Strongly Correlated Materials - Challenges to Non-equilibrium and Non-Periodic Systems
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16H06345
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
今田 正俊 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70143542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山地 洋平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (00649428)
三澤 貴宏 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (10582687)
大越 孝洋 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (10750911)
中村 和磨 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60525236)
有田 亮太郎 国立研究開発法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (80332592)
酒井 志朗 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (80506733)
只野 央将 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (90760653)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 第一原理計算 / 界面・薄膜 / 非平衡 / 高温超伝導 / トポロジカル相 / モット転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
目標である強相関電子物質の非平衡系や界面表面などの非周期系の第一原理的な解明のための手法開発と応用、その前段階としてのバルク平衡系の未解明問題の解明のための高精度計算手法の開発実績は以下のとおりである。変分モンテカルロ法にテンソルネットワーク法を結合する方法を考案し、コード化を進めた。時間依存変分モンテカルロ法の改良を行なった。強相関界面のモデル計算のコードを開発した。また界面研究に重要な電子格子相互作用を含む強相関系第一原理計算手法の定式化に着手した。制限GW法の定式化を行ない、銅酸化物の有効ハミルトニアンの導出に着手した。テンソルネットワーク法と変分モンテカルロ法を組み合わせた手法の開発を行なった。HΦなど一部の低エネルギーソルバーコードのパッケージ化と公開を一部行なった。
推進した物理的課題は以下のとおりである。非平衡系手法をもとに、ポンププローブ法によるレーザー光照射での超伝導相関の時間発展を検討した。銅酸化物高温超伝導体界面が優れた特性をもつ理由や条件をモデル計算の範囲で明らかにした。界面の原子層超伝導が優れた特性を持つ原因が層間相分離にあることを突き止めた。テンソルネットワークと組み合わせた変分モンテカルロ計算で、銅酸化物有効モデルの範囲で超伝導とストライプ状態の競合の様相を検討した。我々の提唱している隠れたフェルミオンの性質解明が進み、モットギャップと擬ギャップの関連、極小ドープ域での両者のつながりと超伝導発生の機構解明を進めた。非周期系の典型である、準結晶に生じる超伝導のクーパー対の持つ、局在非局在クロスオーバを解明した。f電子とd電子を含む高性能永久磁石の候補の第一原理的探究やデータ科学と機械学習法を応用する道筋を検討した。スピン軌道相互作用の大きな系の研究を進めた。以上、バルク平衡系の第一原理的高精度計算の手法開発と応用を進め、非平衡系の研究も進んだ。
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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
概要に記載できなかった実績と進捗状況は以下のとおりである。テンソルネットワークと変分モンテカルロ法と組み合わせることによって、銅酸化物有効モデルの範囲で超伝導とストライプ状態の競合を調べ、キャリア濃度によって基底状態が入れ替わることを見出した。またストライプ状態の周期もキャリア濃度に依存することを見出した。超伝導相関を含む物理量が計算の高精度化によって補正される様子を明らかにした。スピン軌道相互作用の大きなイリジウム酸化物の第一原理的な有効ハミルトニアンの基底状態を3種の高精度ソルバーで解き、実験と整合する結果を得るとともに、現実物質においてキタエフスピン液体の兆候を捉える方法を提案し、スピン液体実現の方策を検討した。電子格子相互作用と強い電子相関が並存するときの物理を明らかにするために、ホルシュタインハバード模型の基底状態を計算し、超伝導、電荷秩序、反強磁性が競合し、相分離によってこれらの秩序が妨げられる様相を明らかにした。2種類の銅酸化物（水銀系とランタン系）を1バンド、2バンド、3バンドで記述する第一原理有効ハミルトニアンを併せて6通りの場合について求めるプロジェクトを開始して検討を進めた。電子格子相互作用も含む強相関電子系の有効ハミルトニアンを導出するコードを密度汎関数摂動法で実装し、界面超伝導の優れた特性を解明する準備を進めた。以上、高精度計算手法開発、非平衡、非周期系、電子格子結合強相関系の計算手法開発を進め、バルク平衡系と非平衡系、非周期系の第一原理的なあるいは高精度での解明は順調に進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の計算手法開発推進の進め方は以下のとおりである。非平衡、動的性質、励起状態解明のための手法開発、拡張を進める。電子格子相互作用を含む強相関系第一原理計算を超伝導体界面に適用する方法を追究する。以下の２つの高精度低エネルギーソルバーの手法改良をさらに進め、コードへの実装も進める。1.テンソルネットワーク法と変分モンテカルロ法を組み合わせた手法。2．量子多体系のためのダイアグラム展開法の開発改良。スピン軌道相互作用の大きな物質群を第一原理的に扱う手法をMACEの中に組み込む。制限GW法や低エネルギーソルバーなど、開発したアプリケーションのパッケージ化を推進する。
開発する手法を応用して推進する物理的課題は以下のとおりである。非平衡系手法をもとに、非平衡超伝導への応用を進める。特にポンププローブ法によるレーザー光照射で超伝導を増幅する道筋を追求する。ダイナミックスの手法を用い、銅酸化物超伝導を含む高温超伝導の本質解明を進める。銅酸化物超伝導体界面が優れた特性をもつ理由を第一原理的に明らかにする研究に着手する。銅酸化物有効ハミルトニアンを導出する。f電子とd電子を含む高性能永久磁石の候補の第一原理的探究やデータ科学と機械学習法を応用する道筋を追求する。磁壁を含むトポロジカル物質、スピン軌道相互作用の大きな物質群を第一原理的に扱い、表面界面の特異物性を追求する準備を進める。
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