2017 Fiscal Year Annual Research Report
銅酸化物高温超伝導体における不純物が反強磁性、超伝導相に及ぼす効果の研究
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17J00670
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 諒 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 高温超伝導 / 不純物効果 / モット転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銅酸化物高温超伝導体の中でも不純物が銅酸化物に及ぼす影響を調べた研究実績状況は以下の通りである。まずは不純物がある状態とない状態での比較のために不純物がない純粋なt--J模型の研究を引き続き行った。調べた相は反強磁性、超伝導、またその二つの混合状態であり、特に二相が織りなす多彩な相図を明らかにした。研究結果は論文に編纂中で現在最終段階まで進んでおり、近い内に論文誌に提出する予定である。次に、当初からの計画にあった、不純物込みでの銅酸化物の有効模型の一つであるハバード模型の研究を行った。使った手法は変分モンテカルロ法の中でも不純物の影響を取り入れた波動関数でのもので、特にはじめはモット絶縁体とも関連のあるハーフフィリング近傍での主要相の反強磁性の波動関数を用いて計算した。目的の一つである超伝導が反強磁性より安定化する機構を明らかにすることを念頭に置いて計算したが単純に反強磁性と秩序無し状態との比較では反強磁性が適度な不純物によっては減衰しにくいところまでわかった。さらなる解明のために超伝導相も含めて計算を続ける必要がある。また、不純物濃度がドープ率と一致、またはドープ率より多い場合でさらに電子相関が強く、不純物ポテンシャルが基準値を上回ればハーフフィリングでなくてもモット転移が起こることがわかった。今回は反強磁性金属、モット絶縁体との転移であったが、ほかの相でも上に述べた条件下でモット絶縁体との関わりが起こってくると考えられ、さらなる強相関電子系の物性解明の糸口を得たことになる。他に、模型自体の理解を深めるために補足的な研究ではあるが長年議論されてきたt--J模型の相分離問題についても研究を進めた。物質を念頭に置いた模型パラメーターはJ/tが0.3程度あるがその近傍のみに捕らわれず広く計算した。この結果は国際会議で論文として出版されると共に本論文にもまとめている最中である。
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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
今年度初めに提出した書類にあるように最初に仮定すべき最もシンプルなオンサイト不純物ポテンシャルでの計算と分析は行った。不純物以外のパラメーター領域も広く計算しており、上述したようにモット転移との関連も見つかった程である。また、不純物以外の計算もいくつか行っており、目標まわりの部分でも銅酸化物高温超伝導体の物性解明に貢献していると考えられる。しかしながら余力があれば計算する予定であった磁性不純物での不純物効果の研究まで到達することは叶わなかったので研究達成度としては「概ね達成」というのにふさわしいと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
前々項目中に記したように不純物効果を含むハバード模型を解く際に使用したのは反強磁性型の波動関数であり、超伝導を含むものは未使用であった。この状況を受け、まず初めに超伝導単独の波動関数を用いて不純物効果が純粋な超伝導状態に及ぼす影響を調べる。反強磁性の波動関数を使用した結果内で見つかった反強磁性金属―モット絶縁体転移からの類推で超伝導―モット絶縁体転移が見られるのではないかと期待される。さらに反強磁性相と超伝導相を同時に扱える波動関数を用いて計算する。これにより目的にある、反強磁性相よりも超伝導相が不純物のある中で安定化するかもしれない状況を直接確かめることができる。より具体的に波動関数をどう構成していくかについては実空間依存の超伝導を扱えるボゴリューボブドジャン方程式の解を波動関数の一体部分として採用する。ボゴリューボブドジャン方程式に乗せる仮想のハミルトニアンには不純物に対する遮蔽効果、増大効果を表現するために変分パラメーターの係数をもとの不純物ポテンシャルに掛けて入れると共に、これまでの研究で分かってきたバンドくりこみの効果を取り入れる用の仮想ホッピングの項を導入する。次々近接程度まではホッピングの項を入れてバンドくりこみの効果を十分表現できるようにする。超伝導の対称性としては実験、理論から示唆されてきたようにd波超伝導と仮定する。波動関数の多体部分については不純物が入るサイト以外の通常サイトと不純物サイトに対して別々の係数付けができるように各射影演算子を二種類ずつ適用する。
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