多バンド遍歴電子系の輸送特性におけるスピン自由度と軌道自由度の役割の解明

• 研究課題/領域番号: 12J03649
• 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: 杉本 高大 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 鉄ヒ素系超伝導 / 反強磁性相 / メモリー関数 / 電気伝導度 / 鉄系超伝導体 / 不純物散乱 / ディラックコーン / 多軌道電子系 / 反強磁性 / クロム / 共鳴非弾性X線散乱 / 鉄系超伝導

研究実績の概要

鉄ヒ素系超伝導体の反強磁性相における電気抵抗の異方性に関する研究を行った。飛び移り積分の値の差異や相互作用の大きさなど、採用するモデルの任意性によって結果に差が出ないかを調べた。電気抵抗の理論的な解析に当たって、記憶関数を用いた解析を採用した。前年度に記憶関数の自由電子ガスにおける定式化を適切な形で多軌道電子系に拡張することに成功したので、それを適用した。
反強磁性相の基底状態を得るために、5軌道タイトバインディング模型に相互作用項を加えたハバード模型を採用した。平均場近似によって反強磁性の秩序変数を自己無撞着に解くことで電子状態を得た。この電子状態を元に、多軌道電子系の記憶関数法による電気抵抗の計算を行った。何もキャリアをドープしていない場合において、反強磁性相のフェルミ面はブリルアンゾーンの原点にホール面、その周りを取り囲むように上下に電子面、左右にディラックコーンを起源とするディラック面が存在するが、電気抵抗の異方性にはこれらの電子面とディラック面が関与する。反強磁性方向の電流を流した場合はディラック面で電子が強く散乱される一方で、強磁性方向の電流では電子面で強く散乱される。電子面がディラック面よりも大きいため、電子面で散乱される電子が多く、強磁性方向の電気抵抗が大きくなる傾向にある。パラメーターを変えた場合においても、定性的には電気抵抗の異方性の傾向が変わらないことを確認した。

また、博士課程在籍中の研究を博士論文にまとめ、京都大学に提出した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Memory function approach to in-plane anisotropic resistivity in the antiferromagnetic phase of iron arsenide superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Peter Prelovsek, Eiji Kaneshita, and Takami Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 号: 12 ページ: 125157-125157
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.125157
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin dynamics and resonant inelastic x-ray scattering in chromium with commensurate spin-density wave order (2013)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Zhi Li, Eiji Kaneshita, Kenji Tsutsui, and Takami Tohyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.134418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical conductivity of antiferromagnetic metallic chromium : Mean-field calculation for the multi-orbital Hubbard model (2013)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Takami Tohyama, Eiji Kaneshita, Kenji Tsutsui
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society 巻: 63 号: 3 ページ: 632-635
  • DOI: 10.3938/jkps.63.632
  • 査読あり
• [雑誌論文] The anisotropy of optical conductivity derived from the energy splitting in iron arsenides (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sugimoto, E. Kaneshita, T. Tohyama
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 400 号: 2 ページ: 22113-22113
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/2/022113
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄系超伝導体反強磁性相における電気伝導度の面内異方性と不純物 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、Peter Prelovšek、兼下英司、遠山貴己
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所 湯川記念館
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-22
• [学会発表] Memory function approach to in-plane anisotropic resistivity in the antiferromagnetic phase of iron-based superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Peter Prelovsek, Eiji Kaneshita, Takami Tohyama
  • 学会等名: Beijing International Workshop (II) on Iron-Based Superconductors
  • 発表場所: the Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-07
• [学会発表] In-plane anisotropic resistivity in the antiferromagnetic phase of Fe-based superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Peter Prelovsek, Eiji Kaneshita, Takami Tohyama
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: コロラド会議センター (アメリカ合衆国コロラド州)
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] In-plane anisotropy of charge transport by impurity scattering in the a ntiferromagnetic phase of iron-based superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto
  • 学会等名: Gordon Godfrey Workshop on Spins and Strong Electron Correlations
  • 発表場所: ニューサウスウェールズ大学 (オーストラリア)
  • 年月日: 2013-11-26
• [学会発表] The Anisotropy of Electric conductivity of Iron-Pnictides in Stripe-Ordered Antiferromagnetic Phase (2013)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Peter Prelovsek, Eiji Kaneshita, Takami Tohyama
  • 学会等名: International Workshop on Novel Superconductors and Super Materials 2013
  • 発表場所: 品川グランドセントラルタワーザ・グランドホール
  • 年月日: 2013-11-21
• [学会発表] 鉄系超伝導体反強磁性相における電気伝導度の面内異方性と不純物 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、Peter Prelovsek、兼下英司、遠山貴己
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「鉄系高温超伝導の 物理スピンと軌道の協奏」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2013-10-09
• [学会発表] 鉄系超伝導体反強磁性相の電荷輸送の面内異方性と不純物II (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、Peter Prelovsek、兼下英司、遠山貴己
  • 学会等名: 日本物理会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] In-Plane Anisotropy of Charge Transport by Impurity Scattering in the Antiferromagnetic Phase of Iron-based Superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sugimoto, P. Prelovsek, E. Kaneshita, T. Tohyama
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2013
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター
  • 年月日: 2013-08-08
• [学会発表] 鉄系超伝導体反強磁性相に現れるディラック分散と電荷輸送の面内異方性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、Peter Prelovsek、兼下英司、遠山貴己
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「固体中におけるディラック電子系物理の新展開」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2013-06-20
• [学会発表] 鉄系超伝導体反強磁性相の電荷輸送の面内異方性と不純物 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、Peter Prelovsek、兼下英司、遠山貴己
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] Spin Dynamics and Resonant Inelastic X-ray Scattering in Chromium with Commensurate Spin-Density Wave Order (2013)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Zhi Li, Eiji Kaneshita, Kenji Tsutsui, Takami Tohyama
  • 学会等名: APS March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore Convention Center, USA
  • 年月日: 2013-03-18
• [学会発表] Spin Dynamics and Resonant Inelastic X-ray Scattering in Chromium with Commensurate Spin-Density Wave Order (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、Zhi Li, 兼下英司、筒井健二、遠山貴己
  • 学会等名: 京都大学大学院理学研究科グローバルCOEシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学百周年時計台記念館国際交流ホール(京都市)
  • 年月日: 2013-02-13
• [学会発表] 反強磁性Crのスピン・電荷励起とL端共鳴非弾性X線散乱II (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、兼下英司、筒井健二、遠山貴己
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 反強磁性Crのスピン・電荷励起とL端共鳴非弾性X線散乱 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本高大、兼下英司、筒井健二、遠山貴己
  • 学会等名: 第57回物性若手夏の学校分科会
  • 発表場所: ぎふ長良川温泉ホテルパーク(岐阜県岐阜市)
  • 年月日: 2012-08-03
• [学会発表] Spin and Charge Excitations in Antiferromagnetic Metallic Phase in Multi-Orbital Systems : A Case Study of Chromium (2012)
  • 著者名/発表者名: Koudai Sugimoto, Eiji Kaneshita, Kenji Tsutsui, Takami Tohyama
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Busan Exhibition Convention Center, Korea
  • 年月日: 2012-07-13
• [備考]
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~koudai.sugimoto/
• [備考]
  • URL: http://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~koudai/