2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study of the mechanism of high-temperature superconductivity based on optimized Monte Carlo method
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17K05559
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
柳澤 孝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (90344217)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷 泉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00357774)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 高温超伝導 / 最適化変分モンテカルロ法 / ハバードモデル / 反強磁性ゆらぎ / 電子相関起源超伝導 / 反強磁性絶縁体相 / 弱強相関クロスオーバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子系の電子状態、特に高温超伝導機構を明らかにするためにモンテカルロ法による数値的研究を行なった。我々は、多体電子系における電子相関効果を明らかにするために、波動関数を改良して最適化し、その最適化波動関数を用いたモンテカルロ法(最適化モンテ カルロ法)を開発してきた。我々の方法においては、波動関数を系統的に最適化できるという利点かがある。この手法を用いて、高温超伝導体のモデルである二次元ハバードモデルとd-pモデルの電子状態を研究した。
我々は、バンドパラメーターと相互作用パラメーターを変えることにより、超伝導と反強磁性相を含む相図を明らかにした。高温超伝導は反強磁性相と常磁性相との境界において可能であることを示した。反強磁性相関が抑えられた領域で、超伝導が可能となる。高温超伝導が可能な状態は相互作用バラメーターを変えることにより実現するこができる。
最終年度においては、高温超伝導体の相図を明らかにするための研究を行なった。二次元ハバードモデルに対する最適化モンテカルロ法による計算により、低ドープ域において相分離が起こり、反強磁性絶縁体相が存在することを明らかにした。反強磁性絶縁体相に隣接して超伝導相が存在することを示した。これにより、銅酸化物超伝導体の典型的な相図が説明できることが明らかになった。三バンドd-pモデルにおいても同様に低ドープ域に反強磁性絶縁体相が存在することを示した。
強相関電子系における超伝導において運動エネルギー項の重要性を明らかにした。グッツビラー波動関数においては、クーロン相互作用の期待値が減少することにより超伝導状態が安定となる。すなわち、弱結合型の超伝導である。それに対し最適化された波動関数においては運動エネルギー項の期待値が減少し、超伝導状態が安定化していることを明らかにした。これが銅酸化物において高温超伝導が実現している理由である。
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