2021 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 / ボンド揺らぎ / 軌道揺らぎ / 多体相関 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、近年発見され注目を集めているカゴメ格子超伝導体 AV3Sb5(A=Cs, Rb, K) に着目した。2次元の2次元カゴメ格子は強い幾何学的フラストレーションを持ち、従来は絶縁体においてスピン系の物理が議論されてきた。ところが2019年に発見されたAV3Sb5は金属であり、電荷秩序及び超伝導が生じる事が報告され、それらの起源やフラストレーションとの関連などに大きな注目が集待っている。本研究では、2次元ハバード模型に基づいて、高次の電子間相関を表すバーテックス補正を考慮して、その常伝導・超伝導状態を解析した。その結果、フラストレーションによりスピン秩序には至らず、スピン揺らぎが多重に散乱し干渉することで電子のサイト間の飛び移り積分が増減するボンド秩序が生じる事を見出した。このボンド秩序は、実験で観測されている電荷密度波転移と整合する。さらに、このボンド秩序に起因して超伝導の可能性として、異方的s波とp波の可能性を提唱した。さらに、非磁性不純物を加えるとフルギャップのs波超伝導状態に変化する事を明らかにした。フラストレーションという観点では、2次元三角格子持つ遷移金属ダイカルコゲナイド1T-TaS2について解析し、高温で観測される非整合電荷密度波の起源として、高次の多体電子相関に起因した電荷・軌道・ボンドの混合秩序状態を提案した。加えて、鉄系超伝導体の電子ドープFeSeにおいて、電子ドープによりネマティック状態が空間的に変調して整列する、電子スメクティック秩序に対する揺らぎが発達し、その近傍で高温超伝導状態が生じる事を見出した。
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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
本研究では、電子間の多体相関に起因して、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、その量子臨界点近傍で現れる非フェルミ液体や高温超伝導機構の解明を目指す。これまでの研究により、軌道、ボンド、自発ループ電流、スピン流など、様々なネマティック秩序が生じる事が、電子相関は局所クーロン相互作用という、ある意味で単純なハバード模型から理解できる事が明らかとなった。さらには、この多彩な電子ネマティック状態は、鉄系超伝導体のみならず、銅酸化物高温超伝導体、さらには古くから議論されてきた遷移金属ダイカルコゲナイドから、近年発見されたカゴメ格子超伝導体まで、様々な強相関電子系でみられる普遍的な秩序状態の一つである。本研究により、その根底には多体の電子相関、特にスピン揺らぎ間の干渉機構という、共通の物理がある事が明らかとなってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、強相関電子系において、軌道、ボンド、自発ループ電流、スピン流など、様々なネマティック秩序が生じる事が明らかとなった。その起源は、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である。これらのネマティックの揺らぎが発達した場合、その揺らぎを媒介とした強い電子間相互作用が期待できる。そこで今後の研究計画としては、これらの揺らぎに起因した様々な物理現象を解析する。ここで重要となるのが、電子とネマティック揺らぎ間の結合である。しかしながら、ハバード模型のハミルトニアンには電子とボンド揺らぎとの結合を直接表す項が無いため、従来のMigdal近似（電子フォノン相互作用では良い近似として知られる）を適応してしまうと、ボンド揺らぎ由来の相互作用がゼロになってしまう。これは、Migdal近似ではバーテックス補正が無視されるためである。この状況を克服するため、バーテックス補正を考慮した既約相互作用の無限級数和を直接計算するという新手法を開発し、Migdal近似を超えた多体相関を考慮し、かつ現象論的なパラメータ無しに相互作用を求める。ネマティック揺らぎ由来の相互作用の直接計算により、鉄系超伝導体・銅酸化物などにおける量子臨界点近傍での有効質量や電気抵抗の異常な振る舞いや、高温超伝導状態を議論する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額の生じた理由は、コロナウィルスによる国内・国際会議への出張の中止と、半導体不足による価格高騰を受けた計算用サーバーの購入計画の変更である。特に計算機については、本年度は大型計算機は価格高騰の著しいため、中規模の計算機を購入し支出を抑制した。2022年度においては、コロナウィルスの状況を考慮しつつ、国内・国際会議への出席や他大学の研究者との議論の為の出張などを検討する。大型の計算機についても、2022年度に改めて選定の上で購入の予定である。
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