2016 Fiscal Year Research-status Report
可解模型を起点とした強いスピン軌道相互作用がもたらす特異な量子状態の探求
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16K17747
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
那須 譲治 東京工業大学, 理学院, 助教 (40610639)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 物性理論 / スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強いスピン軌道相互作用をもつ強相関電子系を研究対象とする。特に4dおよび5d電子を持つ物質の電子状態を理解するため、スピン軌道相互作用の強い極限を出発点として、電子相関や軌道の異方性などが複雑に絡まり合うことで現れる物理現象を解明することが目的である。スピン軌道相互作用と電子相関の競合は、量子スピン液体、トポロジカルモット絶縁体、多極子状態、ワイル半金属など特異な電子状態を実現させる可能性が示唆されている。その一方で、これら2つの効果を同時に扱うことは困難なことが多い。
当該年度では特に、スピン軌道相互作用が強い極限で可解な模型となる場合を考えて、そこからスピン軌道相互作用を弱めることにより、電子相関とスピン軌道相互作用の競合を明らかにすることを目的とした。これまで詳細な研究が行われている可解模型を基軸に研究を進めることで、説得力のある議論を展開することができる。
具体的には、軌道自由度を有する強相関模型である多軌道ハバード模型にスピン軌道相互作用を導入した模型を出発点とし、スピン軌道相互作用の大きさや、クーロン相互作用を変化させることで、磁気状態や軌道状態を調べた。さらにそれによって得られた計算結果を、4dおよび5d系で行われている実験結果と比較することで、スピン軌道相互作用の変化に伴う物性の変化を議論した。
また、可解であるキタエフ模型に対して他の相互作用を加えた場合の量子スピン液体状態の安定性に関しても議論した。
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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
本年度では、研究計画通り、t2g軌道に電子が5個占有し、遷移金属イオンを囲む配位子の作る八面体が辺共有している場合において、強相関極限からの2次摂動を行い、有効相互作用を導出した。この相互作用にスピン軌道相互作用を導入したモデルハミルトニアンの解析を行った。
スピン軌道相互作用が強い極限で可解模型であるキタエフ模型となることを確かめた。また、この模型に平均場近似を適用し、スピン軌道相互作用を変化させたときの相図を完成させた。
また、キタエフ模型に他の相互作用を導入した場合の効果も明らかにした。特にここでは、イジング相互作用を導入することで、この相互作用によって実現する磁気秩序と、キタエフ模型で安定化される量子スピン液体との競合の効果を調べた。その結果、キタエフ相互作用とイジング相互作用の競合により、新しい無秩序状態が現れることを見いだした。さらに、この新しい量子状態とキタエフ量子スピン液体の間には相転移が存在し、その相転移線が、有限温度まで生き残ることを見いだした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では、可解模型を出発点とすることで、スピン軌道相互作用が生み出す新しい基底状態の探索を行ってきた。その結果として、基底状態の性質の理解が深まってきたため、次にその基底状態の下での励起構造を調べていく。特にスピン軌道相互作用によって生じた励起状態がどのように磁気励起に影響を与えるかを明らかにしていく。また、これまで行ってきた電子配置および結晶構造以外ものに対してもスピン軌道相互作用が強い極限での有効模型を調べていく。
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| Causes of Carryover |
当該年度において、計算機資源の利用が比較的少ない研究を先に実施したため、計算機の購入の一部を次年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究では、大きな計算機資源が必要であるため、計算機の購入に充てることで、当該研究課題を推進する。
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Research Products
(24 results)
