Development of VMC with the Wannier localized orbitals and its application to strongly correlated superconductivity in disordered systems

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05528
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 土浦 宏紀 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30374961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅岡 類 東北大学, 工学研究科, 助教 (60780947) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 銅酸化物超伝導 / T'型構造 / 擬ギャップ / 電荷密度波

Outline of Annual Research Achievements

銅酸化物超伝導における課題として，T'型構造を持つ超伝導体におけるノンドープ超伝導転移の可能性と，T型構造を持つ系のアンダードープ領域で見られる擬ギャップ状態の起源解明の二点が挙げられる．前者については，研究計画期間の前半において一定の成果を上げることができ，理想的に還元処理がなされた試料においては，外的なキャリアドープなしでも超伝導転移が生じうることを理論的に示した．
今年度は，残された後者の問題について研究活動を行った．擬ギャップ状態は，超伝導転移温度以上で準粒子スペクトルにギャップ状の構造が見られることによりその存在が認識されたものであるが，実験技術の進歩により，その後も2ギャップ構造やフェルミアークの存在，さらに最近では電荷密度波を伴うことまで 確認されている．これまでに様々な理論的解釈が提出されてきたが，擬ギャップ状態の特徴を断片的に捉えるにとどまっており，未だに満足すべき理解は得られていない．擬ギャップ状態における電荷密度波の発見により，現在はペア密度波状態(PDW)と呼ばれる状態が一部の注目を集めている．この状態は2ギャップ構造や電荷密度波を定性的には記述可能ではあるが，一方で熱力学的に安定ではないという問題を内包している．
そこで我々は，交替フラックス状態と呼ばれる状態に注目し研究を行ってきた．これは銅酸化物超伝導の発見後すぐに提案された状態であり，当時精力的に研究されたものの，準粒子スペクトルが非現実的な形状を示す等の問題点が指摘されていた．しかし，理論的模型に長距離のキャリア遷移およびクーロン斥力相互作用を取り入れることにより，満足すべき準粒子スペクトルが得られ，擬ギャップ状態で見られる他の実験的特徴が有限温度領域においてもほぼ全て記述できることが明らかになった．