2018 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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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 励起子絶縁体 / 物性理論 / 強相関電子系 / 遷移金属カルコゲナイド / 励起子凝縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30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：・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析し論文として出版した。・Ta2NiSe5とTa2NiS5に対する光学伝導度実験の結果を第一原理計算の手法と有効模型の密度行列繰り込み郡（DMRG）による解析を通して対比的に解明し、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強結合励起子系であることを明らかにし、論文として出版した。・励起子絶縁体状態の近傍に実験的に発見されている超伝導に対し、その発現機構を考察した。すなわち、2軌道ハバード模型の変分クラスター計算により、励起子相と超伝導相のパラメータ空間における発現を明らかにし、論文として出版した。・励起子絶縁体Ta2NiSe5の光励起による非平衡ダイナミクスを有効模型の平均場近似により計算し、励起子凝縮状態を光により抑制あるいは増進できる可能性を明らかにし、論文として出版した。
(2) スピン３重項励起子系を仮定した2軌道ハバード模型にクロスホッピングを導入し、その特異な電子状態を、平均場理論と解析的理論を併用して解明した。特に、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明らかにし、論文として出版した。
(3) 関連物質であるバナジウムのカルコゲナイドLi0.33VS2の特異な電子状態を、第一原理計算の手法を用いた理論解析を通し、実験グループとの共著論文として出版した。
(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し、国内外で開催される学会・国際会議等で発表し、広く世界に公表した。研究の更なる展開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30年度は、(1) 励起子凝縮系物質Ta2NiSe5と1T-TiSe2に関する理論の新展開、(2) 2軌道ハバード模型にクロスホッピングを導入した模型のスピン３重項励起子状態における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の解明、(3) 励起子凝縮相の近傍に発現する超伝導相に関する発現機構の解明、(4) 光励起による励起子凝縮状態の抑制と増進に関する理論的研究、(5) preformed exciton相を含む励起子絶縁体の有限温度での振る舞いを調べるための計算手法の開発、(6)関連する物質としてのLi0.33VS2の特異な電子状態の解明、等を重点的に行った。
本年度は特に、７件の学術論文を出版し、国内で開催される学会・研究会等で多数の研究発表を行い、国際会議で広く世界に公表した。また、現在査読中および投稿準備中のものが数件存在している。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、強く連携する研究者４名、海外の研究協力者４名、国内の研究協力者６名、計１４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31年度は、３年間に渡る本研究の最終年度であるため、次の各課題の中から解決可能な複数のテーマを選び、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今後の実験への提案：・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、更なる実験への提案を行う。(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。その議論を基に今後の研究への展開を計画する。
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| Causes of Carryover |
2019年3月に九州大学で開催された日本物理学会の旅費について、帰路の航空機が欠航となったため、新幹線で戻ったが、その旅費の精算が2018年度の会計処理に間に合わず、2019年度の支払いにまわすことになったため、次年度使用額が発生した。2019年度になるべく早く処理する。
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Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Large entropy change derived from orbitally assisted three-centered two-electron σ bond formation in metallic Li0.33VS22018
Author(s)
Katayama N., Tamura S., Yamaguchi T., Sugimoto K., Iida K., Matsukawa T., Hoshikawa A., Ishigaki T., Kobayashi S., Ohta Y., Sawa H.
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 98
Pages: 081104/1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 光電子分光によるRuPの金属－非磁性絶縁体転移の観測2018
Author(s)
大槻太毅, 澤田慶, 柴田大輔, 川本雅人, 吉田鉄平, N. L. Saini, 溝川貴司, 後藤広樹, 小西健久, 太田幸則, 保井晃, 池永英司, 有田将司, 生天目博文, 谷口雅樹, 平井大悟郎, 高木英典
Organizer
日本物理学会2018年秋季大会
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