2013 Fiscal Year Research-status Report
強相関電子系における超伝導機構の多様性に関する理論的研究
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25400369
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
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Principal Investigator |
三宅 和正 公益財団法人豊田理化学研究所, その他部局等, フェロー (90109265)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鶴田 篤史 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (40397716)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 価数転移 / バレンススキッピング / 電荷移動超伝導機構 / スピンゆらぎ超伝導機構 / 銅酸化物高温超伝導体 / 重い電子系 / Sr_2RuO_4 / 電荷近藤効果 |
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| Research Abstract |
１．研究代表者は1986年にCeCu_2Si_2の超伝導機構として反強磁性スピンゆらぎ超伝導機構を提案したが、最近の中性子散乱により観測された動的スピン帯磁率と電気抵抗の温度依存性測定の実験データを用いて微視的な理論を展開し、定量的に実験事実を再現する結果を得た。
２．バレンススキッピング超伝導機構に関する解説を執筆するとともに、それを可能にする微視的機構が対遷移クーロン相互作用であることに注目して、「くりこみ群」的観点からその相互作用の多体効果を考察し、超伝導の起源となる結果を得た（論文準備中）。
３．重い電子系の価数ゆらぎ超伝導機構と密接な関係にある「臨界価数ゆらぎの理論」を展開し、重い電子系においてf電子と伝導電子の混成の強さが空間的に分布している場合には、価数転移の量子臨界点が有限の領域に広がることを示した。これは最近発見された準結晶金属Yb15Al34Au51で観測された圧力効果に鈍感な量子臨界性を説明する。
４．ESP (equal-spin-pairing) 状態のスピン３重項超伝導状態において、ノーマル状態での状態密度のエネルギー依存性を考慮すると、自発的にスピン磁化が誘起されて時間反転対称性が破れることを理論的に示した。これは最近石田グループ（京大理）により観測されたSr2RuO4のナイフシフトが転移温度以下で増大する効果を説明する。
５．高温超伝導体の微視的モデルであるd-pモデルにCuサイトのｄ電子とOサイトのｐ電子との間に働くクーロン相互作用U_dpの効果を取り込み、ｄ電子間に働く強い電子相関効果を取り込むことが可能な1/N-展開の方法にもとづいて議論し、超伝導転移温度が最大になるホール濃度の近辺でd-p電荷移動の量子臨界転移が可能であることを示した。電荷移動秩序は時間反転対称性を自発的に破ったフラックス相であることが分かった（論文準備中）。
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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
１）「価数ゆらぎ(電荷移動ゆらぎ)超伝導機構の展開」に関しては、銅酸化物の基本モデルであるd-p モデルにd-p電子間のクーロン斥力U_dpを取り込んだモデルを（強相関効果を適切に取り込むことのできる）1/N-展開法により研究した結果、時間反転を破ったd-p電荷移動秩序（いわゆるフラックス相）が有限キャリヤー濃度で生じることが分かった。
２）「バレンススキップ超伝導機構の展開」に関しては、電子間の対遷移クーロン相互作用がバレンススキッピング現象の微視的起源となるという不純物モデルの結果（既発表）を格子系に拡張する研究を摂動論的くりこみ群を用いて行い、実際バンド間の対遷移クーロン相互作用が増大し、超伝導を誘起し得ることが分かった。
３）「奇周波数ギャップ超伝導理論の展開」に関しては、奇周波数超伝導の出現を可能とする相互作用である、反強磁性状態のスピン波モードを交換することによって得られる大きな遅延効果を伴うペア相互作用を考慮すると、絶対零度においても奇周波数超伝導状態が安定に存在できることが弱結合近似の範囲で分かっていたが、準粒子の自己エネルギーの効果も取り込んだ強結合理論を用いても安定性に存在することが分かった。
このように２５年度の計画は（論文出版には至っていないが）ほぼ達成しつつある。また、これ以外にも、研究実績の概要に書いたように、「強相関電子系における超伝導機構の多様性」に関して、当初の計画を越える成果が得られ既に出版されているものもある。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）「価数ゆらぎ(電荷移動ゆらぎ)超伝導機構の展開」については、銅酸化物の超伝導発現機構において反強磁性スピンゆらぎと電荷移動ゆらぎの果たす役割の相対的な重要性について解明する。とりわけ、多層系銅酸化物高温超伝導体の温度－キャリヤードーピング相図を理解することをめざす。また、この超伝導機構と深く関連する「臨界価数ゆらぎ」の研究も進める。具体的には臨界価数ゆらぎによる種々の非自明な振る舞いやホール係数・ネルンスト係数などの輸送現象に現れる異常な振る舞いに関する理論を構築する。
２）「バレンススキップ超伝導機構の展開」については、これまでの研究を進めて、くりこみ群の固定点を求め、そこからの摂動展開によりバレンススキッピングによる超伝導機構を構築することをめざす。また、この超伝導機構が実現する可能性のある物理系の提案を行う。
３）「奇周波数ギャップ超伝導理論の展開」については、これまでの研究成果を論文としてまとめる。さらに、反強磁性スピンゆらぎ機構以外の可能性について検討する。具体的には、重い電子系における電子格子相互作用や電子ガス気体における長距離クーロン相互作用のある系での奇周波数超伝導の可能性を検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
１）予定した論文の出版が年度末を越えたため、（どうしてもカラー印刷が不可欠であったため費用の増加を見越してそれに備えていたが）論文掲載料の執行が出来なかった。
２）予定した物品費が節約できた。
１）上記の論文は既に、Journal of Physical Society の Letter 論文として出版が決定しており、Vol.83, No.6 に掲載される予定で印刷作業に入っているので、その費用として使用する。
２）レーザープリンターのトナーおよび各種パソコンソフトの購入に充てる。
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