2018 Fiscal Year Research-status Report
ワニエ局在軌道を用いたVMCの開発と乱れを伴う強相関超伝導への応用
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17K05528
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
土浦 宏紀 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30374961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅岡 類 東北大学, 工学研究科, 助教 (60780947) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 銅酸化物超伝導 / 擬ギャップ状態 / 交替フラックス状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銅酸化物超伝導における擬ギャップ状態については，未だにその物理的起源が解明されていないだけでなく，新たな実験的発見が続いている．特に顕著な発見として，擬ギャップ状態では電荷密度波状態が生じており，かつ4回対称性の破れも見られるということが挙げられる．
擬ギャップ状態に対する理論的解釈のうち有力なものの一つに，交替フラックス状態（Staggered Flux State:SF）がある．これは，CuO2面上のユニットセルにおいて自発的に周回電流が生じるというものである．この状態を仮定すると，擬ギャップ状態で観測されてきた多くの実験事実，例えばフェルミアーク，2ギャップ状態がよく記述されることが知られている．しかしながら，その準粒子状態密度が実験結果と大きく異なる等の問題点も存在する．
そこで我々は，renormalized mean-field theoryと呼ばれる手法を用いて解析を行った．実験で見られるバンド分散を近似的に表現するパラメーターを用いた時，SFとd波超伝導（dSC）を考慮した相図は実験的相図と極めてよく整合し，かつフェルミアーク，2ギャップ構造が適切に記述できるだけでなく，準粒子状態密度についても満足すべき結果が得られた．
さらに，電荷密度波あるいは4回対称性の破れが生じる可能性についても同じ手法で解析したところ，キャリア（ホール）密度12～15%の領域で，結晶格子定数の5倍程度の一次元的変調周期を持つSF状態およびSFとdSCの共存状態が安定化することが分かった．SFの空間変調に伴い，電荷密度にも5倍周期の一次元的変調構造が生じることも明らかになった．この結果により，擬ギャップ状態において現在知られている実験結果は，ほぼSFによって説明可能であることが示された．
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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
平成30年度においては，交替フラックス状態に基づき擬ギャップ状態を解析することと，T'型銅酸化物超伝導体における核磁気共鳴実験についての理論的予測を行うこととを主たる目的としていたが，「研究実績の概要」に記したように，前者の研究が予想以上に進展したことに加え，国内外の研究状況を鑑みた時，こちらにより緊急性があると判断したため，後者の研究にかける比重を減らした．その結果として，前者の研究をより進めることができ，擬ギャップ状態について新たな知見が得られた．また，後者についても，過剰酸素近傍の領域における電子状態計算を実行する等，予備的研究は着実に進んでいる．したがって，研究時間配分の変更を行ったものの，研究計画全体としては順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の研究課題として，(i)交替フラックス状態に基づく擬ギャップ状態の解析 を進展させること，および平成30年度に保留した(ii)過剰酸素近傍の領域における銅イオンのナイトシフトおよび核磁気緩和率の解析，そしてこれらを統合した解析を行うために，(iii)Wannier局在軌道を基底関数とする変分モンテカルロ法による解析 を行う．
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| Causes of Carryover |
平成29年度に開始した，スイス連邦工科大学との共同研究に伴い，平成30年度にはその研究打ち合わせのための海外出張（スイス）を計画していた．しかしながら，もう一方の研究課題（交替フラックス状態の基づく擬ギャップ状態の解析）への比重を高めたために，この共同研究に関わる研究課題の進行を遅らせることになり，これに伴い研究打ち合わせを次年度に繰り越すことになった．このため，本件に関わる出張旅費が次年度使用額として生じた．
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