2019 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 / 電流ノイズ / 非平衡電流・電流ゆらぎ / 輸送現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の第一の成果として、多数の軌道を持つ量子ドット系の非平衡近藤状態における電流ノイズに対する微視的フェルミ流体論の構築が挙げられる。非線形電流ゆらぎに対する電子相関の効果は、１個の準粒子励起のダイナミクスに加え、2個の準粒子の衝突積分に対応するケルディシュ形式の4点バーテックスのバイアス電圧依存性を1次まで正確に計算する必要がある。我々は、電子正孔対称性および時間反転対称性を持たない一般の場合における非線形電流ノイズの厳密な表式を導出し、さらに数値くりこみ群(NRG)を用いて軌道数N=4,6の非線形ファノ因子の近藤プラトー構造を明らかにした [1]。第二の成果は、SU(4)近藤効果における、コンダクタンスの温度依存性の普遍的スケーリング関数の振る舞いが、局在電子数によって顕著な違いを見せる現象に関するものである。我々は、最新のフェルミ液体論とNRGを用いて、この現象がコンダクタンスの温度に対する2乗の項が局在電子数が1個の場合には消失するため、局在電子数が2個のSU(4)近藤状態とは振る舞いが異なることを明らかにした[2]。
[1] Y.Teratani, R. Sakano, and A. Oguri, "Fermi liquid theory for nonlinear transport through a multilevel Anderson impurity", arXiv:2001.08348. [2] Y. Teratani, R. Sakano, T. Hata, T. Arakawa, M. Ferrier, K. Kobayashi, and A. Oguri, "Field-induced SU(4) to SU(2) Kondo crossover in a half-filling nanotube dot: spectral and finite-temperature properties", arXiv:2003.12715.
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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」で言及した成果に加え、今年度の研究を通して、我々は、非線形電流ノイズの絶対零度が近藤領域において普遍的な磁場依存性を示すことを見出した。また、この非平衡電流ゆらぎの普遍的なフェルミ流体的振る舞いには、局在電子の3体相関が重要な役割を果たすことを示した。我々の定式化では、平衡系で知られるYamada-Yosidaの方法をケルディッシュ形式のバーテクス補正に拡張し、ワード恒等式を満たす低エネルギー厳密な表式が得られたため、電流保存則が電子正孔対称性および時間反転対称性がない場合にも満たされる。我々はさらに、軌道数が大きなN→∞の極限から量子ゆらぎを取り入れる1/(N-1)展開法を、電子正孔非対称かつ斥力Uが有限なAnderson模型に拡張し、非平衡近藤効果に与える3体相関関数寄与を系統的に調べ、数値くりこみ群による計算と合わせて、軌道数Nの小さな領域から大きな領域までを網羅した全領域の解析を可能にした。この成果に関しては国内・国外の学会で発表を行い、現在論文を執筆中である。このように、強相関電子系の非平衡量子輸送に関する研究において当初の計画以上の進展があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の通り、今年度の研究を通し、フェルミ流体領域における局在電子の非平衡ゆらぎに与える電子間相互作用の影響を系統的に調べる定式化、数値計算法、大きな軌道数Nからの展開法などが揃ってきた。今後、さらに非平衡近藤系の量子ゆらぎの普遍性を、非線形電流ノイズおよび熱電気輸送係数等の計算を通して、広いパラメータ領域全体を眺望できるよう総合的に調べる。また、近藤模型で記述される強相関極限やフント相互作用、トンネル接合の非対称性、超伝導近接効果などとの競合・協奏により現れる現象に関しても研究を進める。特に、多重量子ドット系に複数の常伝導電極と超伝導電極が接続された系では、交差アンドレーエフ散乱による非局所的な電気伝導が起こり、近藤効果および長岡強磁性による高スピン状態との競合が線形および非線形応答領域においても起こる。このような超伝導接合系における量子輸送と電子相関により実現される現象に対しても、我々のフェルミ流体論の拡張と数値くりこみ群によるアプローチは有効であり、研究を進めている。
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| Causes of Carryover |
3月に出席予定であったアメリカ物理学会(March 2-6 2020, Denver, USA)が、COVID-19のため開催前日に急遽中止になり、海外出張を中止したため、旅費相当額および参加費を繰り越した。その分は2020年度の旅費、物品、その他の研究経費として有効に使用する。
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[Journal Article] Quantum Noise in Carbon Nanotubes as a Probe of Correlations in the Kondo Regime2019
Author(s)
M. Ferrier, R. Delagrange, J. Basset, H. Bouchiat, T. Arakawa, T. Hata, R. Fujiwara, Y. Teratani, R. Sakano, A. Oguri, K. Kobayashi, and R. Deblock.
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Journal Title
Journal of Low Temperature Physics
Volume: special issue for anniversary
Pages: 1-34
DOI
Peer Reviewed
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