2014 Fiscal Year Research-status Report
バンド間相互作用がもたらすエキシトン凝縮と新たな超伝導の理論
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26800198
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
渡部 洋 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 協力研究員 (50571238)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | バンド間相互作用 / エキシトン凝縮 / BCS-BECクロスオーバー / 変分モンテカルロ法 / 長距離クーロン相互作用 / 電子・ホール変換 / 電子・フォノン相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は、変分モンテカルロ法を用いてバンド間相互作用がもたらすエキシトン凝縮を記述する計算の枠組みを確立することを目標に研究を行った。まずは理想的な二軌道二次元正方格子ハバード模型を用い、バンド内相互作用U、バンド間相互作用U'、バンドギャップμをパラメータとして基底状態の性質を調べた。その結果、U-U'平面上の基底状態相図において金属、バンド絶縁体、エキシトニック絶縁体の領域が存在することを示した。これは先行研究の結果ともよく一致しており、計算手法の妥当性を支持している。さらにU'を変化させることで、エキシトン凝縮のメインテーマの一つである「BCS-BECクロスオーバー」を正しく記述することに成功した。
また、一方の軌道にのみ電子・ホール変換をすることで計算コストを大幅に削減し、30×30サイト×2軌道という大規模な計算を可能にした。これは上述したBCS-BECクロスオーバーを記述する際に大きなアドバンテージとなった。このような電子・ホール変換は他の系へも容易に応用することが出来る汎用性の高い手法であると考えられる。
さらに変分モンテカルロ法の長所を活かし、先行研究ではあまり考慮されていなかった長距離クーロン相互作用を取り入れた計算も行った。その結果、長距離クーロン相互作用がわずかに入るだけでエキシトン凝縮が大きく安定化されることが分かった。現実の物質では長距離クーロン相互作用が少なからず存在するため、この結果は現実の物質を議論する際に非常に重要になると考えられる。
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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
当初の予定通り、変分モンテカルロ法を用いてエキシトン凝縮を記述する枠組みを確立することが出来た。また、新たな電子・ホール変換を見出したことにより、計画していたよりはるかに大きなサイズでの計算を実行することが可能になり、BCS-BECクロスオーバーを適切に記述することが出来た。キャリアドーピングの効果や超伝導の可能性についてはまだ確たる結論には達していない一方、長距離クーロン相互作用の効果については一定の理解が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現実の物質への理論の適用の例として、層状ダイカルコゲナイド物質TiSe2をモデル化した二次元三角格子ハバード模型を構築し、この系で見られるCDWと超伝導をエキシトン凝縮の観点から理解することを目指す。また、エキシトン凝縮の候補物質の多くは格子歪みを伴ったCDWを発現するため、クーロン相互作用に加えて電子・フォノン（格子）相互作用を取り入れたモデルを解析し、さらなる理解を目指す。これは、電子・フォノン相互作用が重要な役割を果たす分子性結晶の研究にも応用出来ると期待される。
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| Causes of Carryover |
当初購入する予定だった計算用ワークステーションの購入を見送ったため、それに伴う未使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰り越された未使用額を計算用ワークステーションの購入に充てる予定である。
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