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強相関電子系における実空間構造がもたらす多彩な量子臨界現象の理論

研究課題

研究課題/領域番号 19J21693
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
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

松原 舜  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード実空間構造 / 強相関電子系 / トリプレット超伝導 / 奇周波数超伝導 / アンドレーエフ束縛状態 / 銅酸化物超伝導体 / 鉄系超伝導体 / ネマティック秩序 / 表面誘起超伝導
研究開始時の研究の概要

強相関電子系では、表面や不純物などの並進対称性を破る実空間構造によってスピン揺らぎの増大が起こる。それに起因して、バルクでは見られない超伝導や電荷密度波(CDW)などの新奇現象の発現が期待できる。そこで、本研究では、実空間構造近傍でのスピン揺らぎを実空間表示で計算し、その後、増大したスピン揺らぎによって誘起される新奇現象の解析に取り組み、強相関電子系における実空間構造誘起の物理の開拓を目指す。

研究実績の概要

異方的超伝導の1種であるd波超伝導体の(1,1)エッジでは、アンドレーエフ束縛状態が生じ、それによってエッジで強磁性揺らぎが発達し、トリプレット超伝導が誘起される可能性がある。今年度前半は、エッジに誘起される奇周波数・s波超伝導の実現を議論した。本研究では、(1,1)エッジのある2次元正方格子ハバード模型において、ギャップ関数の振動数依存性まで考慮して「線形化トリプレットギャップ方程式」を実空間で解析した。解析の結果、時間反転対称性を保った、エッジd+s^odd波超伝導状態が得られた。更にこの時、エッジに沿って自発スピン流が生じることが分かった。また、奇周波数超伝導において、Φ(iε_n)とΦ^+(iε_n)の関係式は未解明であったが、非エルミート関係式に基づいた計算では、純虚数のスピン流が得られることから、エルミート関係式が正しい関係式であることが分かった。以上の内容は論文として出版された。
今年度の後半は、鉄系超伝導体FeSeのネマティック状態の研究を行った。近年、鉄系超伝導体などの強相関電子系において、回転対称性が自発的に破れるネマティック秩序が注目を集めている。一方で、最近のARPESの実験によって、FeSeのネマティック秩序下でのY点の電子面の消失が報告されているが、その理由が未解明であった。そこで、本研究ではFLEX近似の自己エネルギーまで考慮してxz,yz,xy軌道についてのDW方程式を解析した。その結果、xy軌道のd波ボンド秩序によって、Y点でのxy軌道の準位が変化し、Y点電子面の消失が再現できた。更に、線形化DW方程式の固有値から、電子ネマティック感受率を計算し、実験と整合する温度依存性が再現できた。以上の研究によって、バルクのFeSeネマティック状態の理解が進んだため、今後は不純物やエッジに誘起されるネマティック秩序の研究の発展が期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Generation of odd-frequency surface superconductivity with spontaneous spin current due to the zero-energy Andreev bound state2021

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Shun、Tanaka Yukio、Kontani Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 24 ページ: 245138-245138

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.245138

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Emergence of strongly correlated electronic states driven by the Andreev bound state in d-wave superconductors2020

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Shun、Kontani Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 7 ページ: 075114-075114

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.075114

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Emergence of d±ip-wave superconducting state at the edge of d-wave superconductors mediated by ferromagnetic fluctuations driven by Andreev bound states2020

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Shun、Kontani Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 23 ページ: 235103-235103

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.235103

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Self-consistent theory for electron nematic state of FeSe: explanation for Lifshitz transition2022

    • 著者名/発表者名
      松原舜、大成誠一郎、紺谷浩
    • 学会等名
      令和3年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] FeSeの電子ネマティック状態(T<Ts)の自己無撞着理論: リフシッツ転移の説明2022

    • 著者名/発表者名
      松原舜、大成誠一郎、紺谷浩
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 鉄系超伝導体FeSeの電子ネマティック状態におけるリフシッ ツ転移の理論2021

    • 著者名/発表者名
      松原舜、大成誠一郎、紺谷浩
    • 学会等名
      日本物理学 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 鉄系超伝導体のTs以下の電子ネマティック状態の自己無撞着理論:リフシッ ツ転移の説明2021

    • 著者名/発表者名
      松原舜、大成誠一郎、紺谷浩
    • 学会等名
      京都大学基礎物理学研究所研究会「非自明な電子状態が生み出す超伝導現象の最前線:新たな 挑戦と展望」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Strong coupling theory for odd-frequency surface superconductivity with spontaneous spin current due to zero-energy Andreev-bound-state2021

    • 著者名/発表者名
      Shun Matsubara, Yukio Tanaka, and Hiroshi Kontani
    • 学会等名
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2021(QLC2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エッジ誘起奇周波数s波超伝導に対する強結合理論2021

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 異方的超伝導体のエッジに誘起されるs波奇周波数超伝導の理論2020

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      日本物理学 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 異方的超伝導体のエッジに誘起される奇周波・トリプレットs波超伝導の理論2020

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      新学術領域研究会「量子液晶の物性科学」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 異方的超伝導体のエッジに誘起される奇周波・トリプレットs波超伝導の理論2020

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      京都大学基礎物理学研究所研究会「高温超伝導・非従来型超伝導研究の最前線:多様性と普遍性」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] “Generation of odd-frequency surface superconductivity with spontaneous spin current due to zero-energy Andreev-bound-state”2020

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      令和2年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] d波超伝導体のAndreev束縛状態に由来する強磁性相関およびエッジ誘起超伝導の理論2020

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of ferromagnetic correlation and emergence of d+ip-wave SC at (1,1) edge of d-wave superconductor2019

    • 著者名/発表者名
      Shun Matsubara
    • 学会等名
      Spectroscopies in Novel Superconductors 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 鉄系超伝導体における表面・界面が電子相関および超伝導に及ぼす効果2019

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      日本物理学 2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 鉄系超伝導体 FeSe におけるポテンシャル障壁や軌道秩序境界がスピン揺らぎに及ぼす効果2019

    • 著者名/発表者名
      松原 舜
    • 学会等名
      京都大学基礎物理学研究所研究会「電子相関が生み出す超伝導現象の未解決問題と新しい潮流」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学S研凝縮系理論グループホームページ

    • URL

      http://www.s.phys.nagoya-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学物性理論研究室・凝縮系理論グループのwebページ

    • URL

      http://www.s.phys.nagoya-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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