2022 Fiscal Year Research-status Report
Strongly correlated electron physics emerging from doublon degrees of freedom in fullerides
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21K03459
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
星野 晋太郎 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (90748394)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 多軌道系 / フラーレン / モット絶縁体 / 分子軌道 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルカリ金属をドープしたフラーレン結晶は軌道自由度を持つ強相関電子系の典型例であり、分子軌道と分子振動の結合によって多彩な現象を生み出している。本研究はフラーレン系のような分子性導体において、分子軌道自由度を持つ強相関電子系の特徴的物性を明らかにすることを目的とする。
フラーレン化合物群では化学置換によって遍歴状態である金属だけでなく局在状態であるモット絶縁体も実現する。この領域においてこれまでに構築した理論をさらに拡張し、任意のモット絶縁体に対する理論手法を構築した。そのデモンストレーションとして、パイロクロア酸化物という複雑な構造をもつ物質に対して適用した。最も基本的な解析手法である平均場近似に加え、空間相関も取り入れることのできる古典モンテカルロ法の定式化および数値計算実装も行った。これにより、局在電子系において通常考えられるスピン・軌道・多極子に加え、多体電子系特有のダブロン自由度などの記述が、任意のモット絶縁体に対して可能になった。さらに、非平衡状態に対応できるよう実時間の運動方程式の定式化も行った。
これまでに弱相関アプローチとしてエリアシュベルク理論をフラーレン系に適用したが、その解析をさらに進め、ボゾンの自由度を陽に取り入れた場合の超伝導体中の動力学を実周波数グリーン関数に基づいて調べた。また、分子レベルの電子と分子振動の結合が生み出す揺らぎ調べることによって、分子性固体における超伝導や軌道秩序の可能性を推測する手段について理論的に検討した。
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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
研究計画で掲げたモット絶縁体に対する理論アプローチは、フラーレンに限らない広がりをみせており、特定の物質を選ばずに適用できるだけでなく、古典モンテカルロ法の実装によって空間相関も取り入れた幅広い理論解析ができるようになった。弱相関からのアプローチも、フラーレン以外の分子性導体や他の多軌道系への適用を見据え、研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
モット絶縁体に対する運動方程式を数値計算実装し、実際に非平衡状態の動力学を調べる。また、強相関極限のモット絶縁体の理論がフラーレンに留まらない広い汎用性を備えているように、弱相関からの電子・フォノン結合の理論も同様に幅広い適用範囲を備えていると考えられる。そこで、フラーレンを念頭に置きつつ、一般の軌道自由度・対称性でも使えるように定式化を拡張する。さらに、引き続き弱相関と強相関をつなぐ理論として、ダブロンの自由度を取り込んだ有効平均場理論を構築する。
フラーレン化合物に対して適用した弱相関アプローチ手法を、他の分子性導体についても適用することを試みる。その際、はじめから固体を考えるのではなく、分子における多電子系と分子振動の結合がもたらすスピン・軌道・超伝導揺らぎを具体的な例に基づいて解析する。
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| Causes of Carryover |
当初計上した人件費の使用計画が変更されたため、次年度使用額が生じた。次年度は最終年度であり、論文発表費用または成果発表旅費に使用する予定である。
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