2018 Fiscal Year Research-status Report
Theory of FFLO state in the excitonic phase and novel superconductivity
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17K05539
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
大野 義章 新潟大学, 自然科学系, 教授 (40221832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 和博 三重大学, 工学研究科, 教授 (40201537)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 励起子相 / FFLO状態 / 励起子揺らぎ / 超伝導 / 多バンドハバード模型 / 動的平均場理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遷移金属カルコゲナイドTa2NiSe5は、328Kで構造相転移を示すとともに、低温相で価電子バンドの平坦化が観測され、励起子相の有力な候補物質として近年活発に研究されている。特に、圧力印加に伴い、常圧の半導体から次第に半金属的となり、励起子秩序が消失する８GPa付近で超伝導が発現することから、励起子揺らぎと超伝導の係わりに注目が集まっている。これまで、第一原理バンド計算を再現する、２つの伝導バンドと１つの価電子バンドからなる３バンドハバード模型に基づき、伝導電子と価電子間のサイト間クーロン相互作用Vの効果を平均場近似および乱雑位相近似（RPA）の範囲で調べ、半金属状態において伝導バンドと価電子バンドのネスティングベクトルQに対応する重心運動量をもつFFLO励起子相が実現すること、また、その揺らぎを媒介として、クーパー対が有限の重心運動量をもつFFLO超伝導が実現することを示した。一方、常圧や低圧の半導体的状況においては、励起子対のpreformed-pair やBCS-BECクロスオーバーが示唆され、強結合状態の重要性が認識されている。そこで、本年度は強相関・強結合効果の記述に有効な動的平均場理論(DMFT) を上記の３バンドハバード模型に適用し、これまでの平均場近似やRPAで得られた結果と比較・検討した。その結果、平均場近似やRPAでは、オンサイトクーロン相互作用Uを考慮すると、Vの効果による励起子状態よりも電荷密度波状態（CDW）が安定化されたのに対して、DMFTでは現実的なUとVの値に対して、励起子状態がCDWよりも安定化されることが分かった。また、励起子相への転移領域では、擬ギャップ的な１粒子スペクトル関数が得られることも分かった。
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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
従来の研究に用いてきた平均場近似および乱雑位相近似では考慮されなかった強相関・強結合効果を十分に考慮できる動的平均場理論を用いることにより、現実的なオンサイトとサイト間のクーロン相互作用の値に対して、励起子状態が電荷密度波状態よりも安定化される結果を得たこと、また、励起子相への転移領域では、擬ギャップ的な１粒子スペクトル関数が得られことは、強相関・強結合の基礎理論としてだけでなく、現実のTa2NiSe5における励起子相の実現可能性を理論的にサポートする意味でも重要な結果と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
FFLO 励起子状態の発現機構は、フェルミ準位近傍のバンド構造やフェルミ面の詳細に大きく依存するため、圧力下の正確なバンド構造を決めることが重要となる。そこで、鉄系超伝導体などの研究で行ってきたように、第一原理計算と最局在ワニエ関数を用いて、各圧力に対する現実的な低エネルギーの多バンド有効模型を導出する。この有効模型に基づいて、Ta2NiSe5 の励起子相の温度―圧力相図を求める。その際、伝導バンドと価電子バンドのバンド間クーロン斥力（即ち電子―正孔間の引力）相互作用と、斜方晶から単斜晶への構造相転移に関与する局所フォノンと電子との相互作用の効果を、平均場近似やRPAに加えて、動的平均場理論も用いて考慮する。これにより、半金属の弱結合BCS 領域から半導体の強結合BEC 領域にわたる全パラメータ領域で定量的に信頼性のある相図を完成させる。また、DMFTで得られた自己エネルギー補正に基づいて、特にBEC 領域で重要となる励起子相の転移温度以上の正常相における電子―正孔対形成の前駆現象の効果（擬ギャップなど）についても調べる。
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