2020 Fiscal Year Research-status Report
Excitation dynamics in excitonic condensation phase
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19K14644
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
杉本 高大 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教(有期) (70756072)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 励起子絶縁体 / 遷移金属化合物 / クラスター平均場近似 / スピン流 / 時間依存ランチョス法 / ハバード模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質中の電子・正孔対（励起子）が自発的に生成され、それらが量子凝縮を起こした系を励起子絶縁体と呼ぶ。Ta2NiSe5をはじめとする近年の励起子絶縁体の候補物質の発見とともに、その物性の理解が大きく進展している。本年度は特に以下の成果を得た。
(1) 励起子絶縁体を説明する簡単な格子模型の一つに拡張Falicov-Kimball模型がある。この模型に自発的対称性の破れを取り入れることができるクラスター平均場近似を用いることで、有限温度における一粒子スペクトルおよび光学伝導度の振る舞いを明らかにした。この結果、実験で予想されていた励起子相転移の転移温度以上に見られるプリフォームド励起子の出現を再現することができ、有限温度における励起子相の理解が深まった。この他、スピンを考慮した2軌道ハバード模型におけるスピン三重項型の励起子絶縁体にd波対称性を持ったクロスホッピングを導入してキャリアをドープすると、電場を印加することによってそれと垂直な方向に純スピン流が生成することを示した。
(2) 量子相の非平衡ダイナミクスの理解を深化させるため、ハーフフィリングにおける一次元格子上の引力ハバード模型および異方的三角格子上の斥力ハバード模型における、定常外場を導入した際の振る舞いを時間依存ランチョス法を用いて調べた。この結果、引力ハバード模型では元々縮退していた電荷密度波相と超伝導相をコントロールできることを示した。また、異方的三角格子上の斥力ハバード模型においては、基底状態で競合するネール秩序と120°秩序が外場によってスイッチング可能であることを示した。さらにこれらの相制御はフロケ理論によってよく記述されることを示した。
(3) 関連する成果として、第一原理計算を用いたSr7Re4O19, Ce3PtIn11, LiVS2に関する研究を実験グループと共同で行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は非平衡でのダイナミクスに関しては、スピン三重項型の励起子絶縁体におけるスピン流生成理論や関連してハバード模型の定常外場による量子相制御の理論といった進展があった。一方で、当初は変分クラスター法を用いた励起子絶縁体の有限温度の解析を行い、クラスター平均場近似の結果との比較を行う予定であったが、少数サイトを扱うために生じる粒子数の不連続性のために変分クラスター法での解析が思うように進まなかった。そのため有限温度の理解が半ばになってしまったため、総合的にやや遅れているとの判断をした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは簡単な模型を中心に扱ってきたが、励起子絶縁体の候補物質と考えられている物質の軌道の対称性を考慮した有効模型の構築を行い、それをもとにした励起状態のダイナミクスの理論計算と解析を行う。特にスピン一重項励起子絶縁体の候補物質であるTa2NiSe5と、励起子磁性体の候補物質であるCa2RuO4に注目して研究を推進する。得られた結果とこれまでの実験結果との比較や新しい実験の提案を行うことで、その候補物質が励起子相にあるかどうかを確かめるための実際的な理論の構築を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の拡大により、当初予定していた国際会議への参加が中止となったために次年度使用が生じた。この差額は、今後予定されているオンライン学会などへの参加費用や、本研究課題をより強力に推進するために必要な計算機資源の充当に使用する予定である。
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