2017 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical perspectives on novel quantum phases generated by excitonic condensation
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17K05530
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
太田 幸則 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (70168954)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 励起子凝縮 / 物性理論 / 強相関電子系 / 遷移金属カルコゲナイド / 遷移金属酸化物 / 変分クラスター近似 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、特に次の研究成果を得た。
(1) 励起子凝縮系物質Ta2NiSe5と1T-TiSe2の理論の新展開：・光学伝導度や時間分解光電子分光実験が示唆するTa2NiSe5の異常な正常状態を解明するため、第一原理計算の手法を用いてTa2NiSe5とTa2NiS5の光学伝導度を対比的に計算し、また求められた有効模型の密度行列繰り込み郡（DMRG）による解析を通して、Ta2NiSe5の励起子凝縮状態が従来の理論が予想するものとは全く異なる新規な状態であることを明らかにした。また、preformed exciton の役割を明らかにした。・1T-TiSe2 の電子状態を、電子格子相互作用を考慮した多バンドd-p模型を用いて定量的に解明し、多彩な実験事実と励起子凝縮の関係を明らかにした。・励起子揺らぎによる超伝導発現機構を2軌道ハバード模型の変分クラスター計算から明らかにし、Ta2NiSe5と1T-TiSe2の高圧下での超伝導発現に関する考察を行った。
(2) ぺロブスカイト型コバルト酸化物における磁気多極子秩序相の定量的解明：・5 軌道模型の定量的計算により磁気多極子構造とその外場応答を解明した。・クロスホッピングの導入によるスピン流密度波状態とk空間スピンテクスチャーおよび局所スピン流状態の実現の可能性を、2軌道ハバード模型の理論解析を用いて明らかにした。
(3) 関連する物質として、マンガン酸化物AMg4Mn6O15(A=K,Rb,Cs)の電子状態を理論解析し、これが強磁性パイエルス絶縁体であることを明らかにした。
(4) 成果の公表と更なる課題の検討：・得られた研究成果を学術論文として出版する準備を行い、数件について出版が完了した。国内で開催される学会・研究会等で発表し、国際会議で広く世界に公表した。研究の更なる展開をの方向性を模索した。
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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
本申請計画では、いま爆発的な展開の時代を迎えている相関電子系における励起子凝縮に関する研究を、基礎理論の構築から現実の物質に関する定量的な研究に至るまで、幅広く展開し、励起子凝縮が創出する新奇量子相研究に、開拓的な新展開をもたらす。すなわち、計画の３年間で、スピン一重項励起子系、スピン三重項励起子系、スピン軌道相互作用系の３項目の研究に総合的に取り組み、超伝導と並ぶフェルミオン系の対凝縮機構の学理を深化させる。
平成29年度は、(1) 励起子凝縮系物質Ta2NiSe5と1T-TiSe2の理論の新展開、(2) ぺロブスカイト型コバルト酸化物における磁気多極子秩序相の定量的解明、(3) 関連する物質としてのマンガン酸化物AMg4Mn6O15(A=K,Rb,Cs)の電子状態を理論解析を行った。これらのうちの一部はすでに学術論文として出版されているが、現在投稿中や近々に投稿予定のものもあり、論文の出版を急ぐ必要がある。特に、Ta2NiSe5とTa2NiS5の光学伝導度を対比的計算を通して実証したTa2NiSe5の励起子凝縮の強結合的性質は、今後のこの分野の展開に大きな軌道修正を図るのもであり、至急論文の採択をめざす。また、2軌道ハバード模型にクロスホッピングを導入した系のスピン流密度波状態とk空間スピンテクスチャーおよび局所スピン流状態の実現に関する理論的研究は既に完成しており、早急の論文投稿を目指す。
本研究では、現在査読中のものを含めすでに４件程度の学術論文を出版・投稿しており、なお数件の投稿準備中の研究がある。また国内で開催される学会・研究会等で発表し、国際会議で広く世界に公表した。以上により、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、代表者に加えて、連携研究者４名、海外研究協力者４名、研究協力者３名、計１２名の連携により推進される。役割分担を決め、実験グループとも連携する。平成30年度以降は、次の各課題を順次（必要に応じて同時並行的に）実行に移す。
(1) 励起子凝縮が導く新奇量子相理論の更なる展開：・多極子秩序状態の共鳴非弾性X 線散乱実験(RIXS)による観測方法を提案する。・鉄カルコゲナイド系のネマティック秩序相における励起子凝縮の役割を検討する。・二層グラフェン系における励起子ジョセフソン効果の実現可能性を検証する。・励起子凝縮相における位相の非固定化と超流動状態の実現可能性を検討する。(2) スピン軌道相互作用系における励起子凝縮理論の新展開：・励起子磁性１：二重ぺロブスカイト型イリジウム酸化物の奇妙な低温磁気秩序状態における励起子凝縮の役割を検証し、これに関する論争に決着を付ける。・励起子磁性２：Ca2RuO4 の電子状態を再検討し励起子磁性の可能性を解明する。・励起子磁性３：励起子強磁性の発現可能性を再検討し候補物質を探索する。(3) トポロジカル励起子相理論への新展開：・強相関Bernevig-Hughes-Zhang 模型にVCA を適用し、励起子凝縮とエッジ状態の関連を明らかにする。これによりトポロジカル励起子相実現の可能性を提案する。(4) 関連する新現象・新物質への理論の展開と実験家への提案：・関連する新物質・新現象の発見に理論的観点から即対応し、実験への提言を行う。(5) 成果の公表と更なる課題の検討：・得られた研究成果を学術論文として出版する。また国内で開催される学会・研究会等で発表し、国際会議で広く世界に公表する。その議論を基に研究の更なる展開を図る。
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| Causes of Carryover |
若干の消耗品を購入の予定であったが、実際には購入しなかったため、物品費の使用額が計画と異なる結果となった。来年度に合算して使用予定である。
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