2018 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical study on highly correlated quantum states and current fluctuations of interacting electrons in nanoscale and mesoscale systems
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18K03495
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
小栗 章 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (10204166)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 物性理論 / 量子ドット / 強相関電子系 / 近藤効果 / フェルミ流体 / 非平衡電流・電流ゆらぎ / 電流ノイズ / 輸送現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度は、実施計画に挙げた課題(I)について研究を進めた。研究の主題はアンダーソン不純物模型に代表される量子不純物系の低エネルギーの振る舞いを厳密に記述するフェルミ流体論を拡張し、これまで難しかった電子正孔対称性や時間反転対称性が外部パラメータにより破られた状態における高次補正項の振る舞いから、強相関電子系のつくる量子凝縮状態の性質を探ることにある。研究は、場の理論的方法に基づく基礎理論の定式化、および摂動展開や数値くりこみ群(NRG)などを用いた具体的計算を通して進めている。我々の以前の研究から3体の非線形感受率が重要な役割を果たすことが分かって来てきたが、これまでは主として電子スピン自由度のみを考慮した量子不純物を中心に議論されてきた。我々は今年度、多数の離散量子準位をもつ不純物へ基礎理論の拡張を行った。その結果、多軌道量子ドット系の非線形応答電流に対する高次Fermi流体補正を3体非線形感受率で表す公式、およびエネルギー輸送を調べるための基礎になる熱伝導度に対する同様の公式を導いた。さらに、スピン自由度を含めた不純物準位数Nが4以上の場合の非線形感受率の計算を行うためNRGコードの開発を行い、現在では量子ドット系の低エネルギー輸送係数の軌道数依存性をN=2,4,6,…まで調べることが可能なった。計算の結果から、非線形感受率を通した不純物電子の3体ゆらぎの効果が、価数揺動領域で増大することが、特に多軌道系では顕著に現れること等が明らかになった。また、3体ゆらぎのトンネル接合およびバイアス電圧の非対称性に対する依存性、および磁場中の熱伝導度に与える影響に関する系統的研究も行った。さらに、阪野塁氏等との共同研究では、フント結合のある多軌道量子ドット中で励起された準粒子-準正孔対がスピン流のベル不等式を破ることを、計数統計とNRGによる計算から示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上欄の「研究実績」で部分的に言及した通り、今年度は次の点で進展があった：
i) 電子正孔非対称性な量子不純物に対する高次フェルミ流体補正の微視的定式化の多軌道系への拡張。ii) 高次フェルミ流体補正項の定式化の、量子不純物系のエネルギー輸送の指標となる熱伝導への拡張。iii) 数値くりこみ群を用いた3体非線形感受率の計算、低エネルギーにおける輸送係数の軌道数N=2,4,6の変化に関する研究。iv) 3体ゆらぎに対するトンネ接合およびバイアス電圧の非対称性の影響。v) 熱伝導に対する高次フェルミ流体補正の磁場と不純物電子占有数の広範囲なパラメータ領域における系統的研究。vi) フント結合のある多軌道量子ドット系におけるスピン流のベル相関に関する研究。
今年度は、主として理論計算の推進に集中し、大学院生諸氏および他機関の共同研究者との協力によって、研究は当初の予想以上に進めることができた。これらの成果に関しては、国内外の学会で発表を行い、論文の執筆を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子不純物系は、軌道数、磁場やゲート電圧などの外場による不純物準位など多くの実験的に制御可能なパラメータを持ち、超伝導と近藤効果の競合なども含め、多彩な量子状態が実現される。上欄で述べた今年度の成果は、高次フェルミ流体補正に現れる非線形感受率を通した３体ゆらぎの効果に関して、広いパラメータ空間の一部分を調べたものに過ぎない。今年度の研究によって定式化・計算方法が整ってきたので、今後さらに実験との対応を念頭においた輸送現象を通した強相関電子系の低エネルギー量子状態の解明を目指す。特に、「7.現在までの進捗状況」の欄のi)～v) として挙げた内容の研究をより深く系統的に進める。また、量子ドット系では、非線形電流ゆらぎ相関とショット・ノイズに対する高次フェルミ流体補正も重要な観測量であり、多軌道系に対応する微視的定式化の構築を進める。
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| Causes of Carryover |
今年度、科研費でPCを購入予定であったが、大学校費で購入できることになり、物品費の支出が抑えられたため。次年度は、大学院生の学会参加等に関する支出が当初の計画以上に必要と見込まれるため、主として旅費、学会参加費として使用する計画である。
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[Presentation] 近藤効果における3体相関の実験的検出2018
Author(s)
秦徳郎, 荒川智紀, Lee Sanghyun, 小林研介, Meydi Ferrier, Raphaelle Delagrange, Richard Deblock, 寺谷義道, 小栗章, 阪野塁
Organizer
日本物理学会 (同志社大学 京田辺キャンパス, 9.9-9.12)
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