2020 Fiscal Year Research-status Report
強相関電子系における電子ネマティックと高温超伝導および擬ギャップの理論研究
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20K03858
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山川 洋一 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (60750312)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ネマティック / 超伝導 / 擬ギャップ / ループカレント / 軌道秩序 / 多体相関 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子系では、強い電子相関により様々な量子状態が発現する。2021年度は、銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ現象について着目し、ハバード模型を基に高次多体相関を記述するバーテックス補正を考慮し解析を行った。その結果、電子のサイト間の飛び移り積分が増減するボンド秩序、さらにはスピンの自発的流れによるスピンループカレント秩序が実現する可能性を提唱した。これらの秩序は平均場起因時では原理的に記述できず、本質的に多体電子相関による結果である。特に、二つのスピン揺らぎ間の干渉が別の揺らぎをもたらす、パラマグノン間の干渉機構が重要な役割を果たす。さらに、幾何学的フラストレーションを持つ擬一次元鎖ハバード模型に対し、最適化された秩序変数を求められる拡張された汎関数くりこみ群法を開発して解析した。その結果、鎖間結合の強度を変化することで反強磁的な１次元的電子状態と、d波超伝導を示す２次元電子状態の中間領域において、電荷の自発的流れであるループ電流秩序が生じる事を見出した。このループ電流の実現には、次元のクロスオーバー、幾何学的フラストレーション、多体相関によるマグノン間干渉がそれぞれ重要である。また、鉄系超伝導体の電子・格子相互作用を第一原理的に見積もり、電子相関と電子・フォノン相互作用の協力機構を見出した。この協力には、多体相関による秩序変数の構造因子と電子・フォノンの構造因子の整合が重要であることを見出した。
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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
本研究の目的は、電子系が自発的に異方性を獲得する様々な電子ネマティック現象と、それに関連した擬ギャップ現象、高温超伝導の機構の解明である。新たなネマティック状態の可能性として、スピンループカレント秩序という興味深い状態が実現する可能性を見出した。この秩序により電子系が獲得するB2g対称性は、Hg系銅酸化物の擬ギャップ領域で観測されている、B2g対称性のネマティック秩序の有力な候補である。これまでも、ループ電流秩序やスピンループカレント秩序は議論されてきたが、本研究により微視的な発現機構が明らかになったことは、今後の関連研究の発展に重要である。これらの電子やスピンの自発流の秩序は、様々な強相関電子系で広く実現が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
バーテックス補正で記述される多体の電子相関、特にAslamazov-Larkin項によるスピン揺らぎ間の干渉が、軌道やボンド、自発ループ電流・スピン流など、多彩な秩序の源泉となっている事が明らかとなった。特に、これまでの研究により１軌道系の理解が進んだ。今後は、１．銅酸化物系におけるネマティック秩序と超伝導との関係性。２．多軌道系におけるネマティック秩序。３．ネマティック秩序や揺らぎと高温超伝導との関係。について、主に鉄系超伝導体のFeSeを対象に議論する。特に最近、電子系の強的な対称性の破れであるネマティック秩序に加え、反強的な対称性の破れの実験的報告が相次いでいる。この反強的秩序は、液晶との類推からスメクティック状態と言える。ネマティックのみならず、スメクティック秩序・揺らぎの発現機構、そして超伝導との関係について明らかにする。
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| Causes of Carryover |
当初の予定では、初年度である2020年度に計算機を購入予定であった。しかしながら、コロナウィルスにより購入機種の十分な検討が出来ず、初年度の購入を見送った。そのため、次年度使用額が生じた。計算機については、2021年度に改めて選定の上で購入の予定である。
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