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強相関ヘテロ接合における界面量子状態の理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 12J01742
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(理論)
研究機関京都大学

研究代表者

上田 克  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2012 – 2014
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード物性理論 / 強相関電子系 / 人工超格子構造 / モット絶縁体 / 界面・表面 / 強相電子系 / トポロジカル絶縁体 / 重い電子系 / 界面、表面 / 磁性
研究実績の概要

強相関電子系研究の新たな切り口として、近年、遷移金属酸化物のヘテロ接合系が注目を集めている。これらのヘテロ接合界面では、電子の持つスピン・電荷・軌道自由度が複雑に競合することで、エキゾチックな量子凝縮相の出現が期待されている。こうした非一様系における電子相関効果の性質を明確にすべく、今年度は次の解析を行った。
・モット絶縁体/金属超格子における電子相関効果の研究
強相関ヘテロ接合の研究において、近年、遷移金属酸化物からなる人工超格子構造が大きな注目を集めている。モット絶縁体LaVO3と常磁性金属SrVO3からなる人工超格子では、電気抵抗の温度依存性に特徴的なピーク構造が出現すると共に、そのピーク位置はSrVO3の積層数に応じて、強い偶奇性を示すことが実験的に報告されている。一方で、こうした偶奇性の出現機構についての理解は不十分であり、早急な理論解析が求められていた。
以上の点を踏まえ、本研究ではモット絶縁体と金属からなる超格子構造を対象にして、電子相関効果と超格子の周期性との絡み合いに着目した解析を行った。解析の結果、温度変化によって三次元的なエネルギー分散から二次元的なものへの次元クロスオーバーが生じることを見出した。さらに、系の電気抵抗には特徴的なピーク構造が形成されることを明らかにした。こうした振る舞いは、モット絶縁体と金属との界面で生じる近藤スクリーニングに由来するものであり、実験で確認された電気抵抗の温度依存性とも一致していることを指摘した。加えて、電気抵抗のピーク位置は金属層の積層数に強く影響され、抵抗のピーク温度に強い偶奇性をもたらすことを指摘した。この結果は、超格子の周期性と近藤効果との密接な絡み合いを示唆していると考えられ、超格子構造に特有な振る舞いであることを指摘した。

現在までの達成度 (段落)

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

今後の研究の推進方策

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2015 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Proximity effects in a topological-insulator/Mott-insulator heterostructure2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 雑誌名

      Physical Review B (Rapid Communication)

      巻: 87

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of interface phenomena in a topological-insulator/Mott-insulator heterostructure2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic and magnetic properties in strongly correlated heterostructures2012

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, M. Sigrist
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 号: 23

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.235112

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin and charge ordering in heterostructares of stronely correlated electron systems2012

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, M. Sigrist
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 400 号: 3 ページ: 032108-032108

    • DOI

      10.1088/1742-6596/400/3/032108

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ground State Properties of Strongly Correlated Heterostructures2012

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, M. Sigrist
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn

      巻: 81 号: Suppl.B ページ: SB040-SB040

    • DOI

      10.1143/jpsjs.81sb.sb040

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ハバード超格子における電子相関効果の理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回秋季大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] モット絶縁体からなる人工超格子における電子物性の理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, and N. Kawakami
    • 学会等名
      APS March Meeting 2015
    • 発表場所
      San Antonio, Texas, USA
    • 年月日
      2015-03-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] モット絶縁体からなる人工超格子における電子物性の理論の研究2014

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回秋季大会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A theoretical study of interface phenomena in heterostructures of Kondoinsulators2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 学会等名
      SCES2014
    • 発表場所
      Grenoble, France
    • 年月日
      2014-07-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 重い電子系ヘテロ接合における界面電子状態2014

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄、Manfred Sigrist
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2014-03-28
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Interface Physics in Heterostructures of Kondo lattices2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 学会等名
      RIKEN-APW joint workshop
    • 発表場所
      理化学研究所
    • 年月日
      2014-01-24
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Interface Phenomena in Correlated Heterostructures involving Topological Insulators2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 学会等名
      Swiss-Kyoto Symposium
    • 発表場所
      ETH Zurich
    • 年月日
      2013-11-22
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 強相関ヘテロ接合における磁気的フラストレーションの効果2013

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄、Manfred Sigrist
    • 学会等名
      日本物理学会 第68回秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2013-09-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Study of interface phenomena in a topological insulator/Mott-insulator heterostructure2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 学会等名
      Strongly Correlated Electron Systems (SCES)
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2013-08-08
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Proximity effects in a correlated heterostructure involving a topological insulator2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ueda, N. Kawakami, and M. Sigrist
    • 学会等名
      Emergent Quantum Phases in Condensed Matter from topological to first principles approaches
    • 発表場所
      東京大学物性研究所
    • 年月日
      2013-06-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体/モット絶縁体接合における界面電子状態2013

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄、Manfred Sigrist〓
    • 学会等名
      日本物理学会2013年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      2013-03-26
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Electronic properties at an interface between Mott-insulator and topological-insulator2013

    • 著者名/発表者名
      Ueda, N. Kawakami, M. Sigrist
    • 学会等名
      American Physical Society March meeting 2013
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center, (アメリカ)
    • 年月日
      2013-03-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] A theoretical study of a topological-insulator/Mott-insulator heterostructure2013

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄、Manfred Sigrist
    • 学会等名
      GCOEシンポジウム
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      2013-02-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Study of a heterostructure of topological/Mott insulators2013

    • 著者名/発表者名
      Ueda, N. Kawakami, M. Sigrist
    • 学会等名
      QS2C Theory Forum : International Symposium on "Strongly Correlated Quantum Science"
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 年月日
      2013-01-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 強相関ヘテロ接合における輸送特性についての解析2012

    • 著者名/発表者名
      上田克、川上則雄、Manfred Sigrist
    • 学会等名
      日本物理学会2012秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      2012-09-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Magnetic orderings at the interface between Mott insulator and band insulator2012

    • 著者名/発表者名
      Ueda, N. Kawakami, M. Sigrist
    • 学会等名
      International conference on magnetism with SCE
    • 発表場所
      BEXCO(韓国、釜山)
    • 年月日
      2012-07-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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