2019 Fiscal Year Annual Research Report
Variational Monte Carlo study using new algorithm of excited states in Mott regime
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16K05428
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
横山 寿敏 東北大学, 理学研究科, 助教 (60212304)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / モット転移 / 励起状態 / ハバード模型 / 変分モンテカルロ法 / d波超伝導 / 反強磁性 / ダブロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までは低エネルギー（基底）状態の性質を中心に調べた。今年度はそれを踏まえ、絶縁体領域でモットギャップを超えた励起状態の性質を、フェルミ流体（PM）、反強磁性（AF）、様々なペア対称性の超伝導（d-SCなど）の各状態について、半充填の場合に変分モンテカルロ法を対角遷移のある正方格子ハバード模型に適用して調べた。
これらの励起状態は、従来の低エネルギー状態で二重占有サイト（ダブロン：D）数に下限Λを設けることにより表す（最低エネルギー状態はΛ=0）。Λを設ける操作は、相互作用強度U/tが充分大きい場合、Λ個の電子がモットギャップを超えて励起されることに対応する（Λ∝励起光強度）。励起直後の状態の量子数や対称性は励起過程に依存して制限されるが、小さなエネルギーの散逸過程が存在すれば、（モットギャップを超えて緩和する前の）準定常励起状態として、所与のΛの中で最低エネルギーを持つ状態が実現する。Dの密度dが12%程度以下ならば、エネルギーはモット領域でAF<d-SC<s-SC=PMの順に低く、広くAF絶縁体状態が出現する。以下に精しく調べたd-SCとAFの性質の要点をまとめる。
(1) d-SC状態：ｄ（またはΛ）が或る閾値（～0.037）を超えた場合に、自由に動けるDおよび空サイト（ホロン：H）が現れ、DとHがキャリアとなって（超）伝導化する。この閾値はU/tには余り依存しない。一方、ｄが約0.12を超えると超伝導は消失し金属化する。D-H励起によるd-SCの特徴は、化学的に電子またはホールをドープした場合と類似する。
(2) AF状態：自由なD, Hは最低エネルギー状態から存在するが絶縁体である。AF状態が伝導化するのはdが約0.14を超えた場合であり、例えば光なら強度の強い励起が必要である。化学的ドープの場合は微少ドープすると金属化するので、挙動が大きく異なる。
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