５ｄ遷移金属酸化物の強いスピン軌道相互作用がもたらす強相関量子相に関する微視理論

• 研究課題/領域番号: 25287096
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 柚木 清司 国立研究開発法人理化学研究所, 柚木計算物性物理研究室, 准主任研究員 (70532141)
• 研究分担者: 白川 知功 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (40571237) ; 渡部 洋 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 協力研究員 (50571238)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円); 2015年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2014年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 強相関電子系 / スピン軌道相互作用 / 遷移金属酸化物 / 5d電子系 / 第一原理バンド計算 / ヘテロ構造 / 動的平均場近似 / 変分クラスター近似 / 5d遷移金属酸化物 / トポロジカル結晶絶縁体

研究成果の概要

近年、相対論的スピン軌道相互作用が強い遷移金属酸化物が注目を集めている。本研究では、スピン軌道相互作用と電子相関の競合・協奏の結果現れる新奇量子相の微視的理論研究を行った。特に、本研究では層状ペロブスカイト構造を持つ2次元物質でしかも局所d電子が5つ存在する系を中心に研究を行った。Jeff=1/2モット絶縁体へキャリアを注入することによりd波対称性を持つ非従来型超伝導が誘起されることを提案した点が最も重要な成果である。また、Sr2IrO4の絶縁体化機構の解明やスピン軌道相互作用によりJeff=1/2モット絶縁体が誘起されること等を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences(中国)
• [国際共同研究] University of Texas/Oak Ridge National Laboratory/University of Tennessee(米国)
• [国際共同研究] University of Wurzburg/Max-Plank-Institute(ドイツ)
• [雑誌論文] Electronic properties and applications of MXenes: a theoretical review (2017)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Khazaei, Ahmad Ranjbar, Masao Arai, Taizo Sasaki, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 5 号: 10 ページ: 2488-2503
  • DOI: 10.1039/c7tc00140a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] From a Quasimolecular Band Insulator to a Relativistic Mott Insulator in t_2g^5 Systems with a Honeycomb Lattice Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Beom Hyun Kim, Tomonori Shirakawa, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.187201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Slater Insulator in Iridate Perovskites with Strong Spin-Orbit Coupling (2016)
  • 著者名/発表者名: Q. Cui, J.-G. Cheng, W. Fan, A. E. Taylor, S. Calder, M. A. McGuire, J.-Q. Yan, D. Meyers, X. Li, Y. Q. Cai, Y. Y. Jiao, Y. Choi, D. Haskel, H. Gotou, Y. Uwatoko, J. Chakhalian, A. D. Christianson, S. Yunoki, J. B. Goodenough, and J.-S. Zhou
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 17
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.176603
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional electronic structures and the metal-insulator transition in Ruddlesden-Popper iridates (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamasaki, H. Fujiwara, S. Tachibana, D. Iwasaki, Y. Higashino, C. Yoshimi, K. Nakagawa, Y. Nakatani, K. Yamagami, H. Aratani, O. Kirilmaz, M. Sing, R. Claessen, H. Watanabe, T. Shirakawa, S. Yunoki, A. Naitoh, K. Takase, J. Matsuno, H. Takagi, A. Sekiyama, and Y. Saitoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 号: 11 ページ: 1151031-10
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.115103
  • NAID: 120006502109
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Brillouin-zone integration scheme for many-body density of states: Tetrahedron method combined with cluster perturbation theory (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Seki and S. Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.245115
  • NAID: 130006244960
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Topological insulators in the ordered double transition metals M′2M′′C2 MXenes (M′= Mo, W; M′′= Ti, Zr, Hf) (2016)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Khazaei, Ahmad Ranjbar, Masao Arai, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.125152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nearly free electron states in MXenes (2016)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Khazaei, Ahmad Ranjbar, Mahdi Ghorbani-Asl, Masao Arai, Taizo Sasaki, Yunye Liang, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.205125
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Giant Switchable Rashba Effect in Oxide Heterostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhong, L. Si, Q. Zhang, W.-G. Yin, S. Yunoki, and K. Held
  • 雑誌名: Advanced Materials Interfaces 巻: 2 号: 5
  • DOI: 10.1002/admi.201400445
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic and Magnetic Structure under Lattice Distortion in SrIrO3/SrTiO3 Superlattice: A First-Principles Study (2015)
  • 著者名/発表者名: W. Fan and S. yunoki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 592 ページ: 012139-012139
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012139
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-orbit-induced exotic insulators in a three-orbital Hubbard model with (t2g)5 electrons (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, T. Shirakawa, and S. Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.125122
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of the optical conductivity in a half-filled Hubbard model: Mott-type Insulator vs Slater-type insulator (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Seki, T. Shirakawa, Y. Sun, and S. Yunoki
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.014026
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetism in Sr2IrO4: a weak coupling study (2014)
  • 著者名/発表者名: K, Nishiguchi, H. Watanabe, and S. Yunoki
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 3
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.015037
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical study of insulating mechanism in multiorbital Hubbard models with a large spin-orbit coupling: Slater versus Mott scenario in Sr_{2}IrO_{4} (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe, Tomonori Shirakawa, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.165115
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rocksalt SnS and SnSe: Native topological crystalline insulators (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sun, Z. Zhong, T. Shirakawa, C. Franchini, D. Li, Y. Li, S. Yunoki, and X.-Q. Chen
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.235122
  • 査読あり
• [学会発表] Microscopic model study of strongly correlated 5d transition metal Ir oxides (2016)
  • 著者名/発表者名: Seiji Yunoki
  • 学会等名: IUMRS 2016 Symposium Z
  • 発表場所: Qingdao (China)
  • 年月日: 2016-10-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconductivity and metal-insulator transition in 5d iridium oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Yunoki
  • 学会等名: The 10th Anniversary General Meeting of Asian Consortium on Computational Materials Science (ACCMS)
  • 発表場所: 東北大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2015-11-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carrier doped Mott insulator in iridates (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Yunoki
  • 学会等名: The 1st International Conference on Computational Design and Simulation of Materials (CDSM 2015)
  • 発表場所: Shenyang China
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carrier doped Mott insulators: iridates vs. cuprates (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Yunoki
  • 学会等名: EMN Qingdao Meeting, Energy Materials Nanotechnology
  • 発表場所: Qingdao, China
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 層状ペロブスカイト構造を持つ5d遷移金属イリジウム酸化物における新奇な絶縁体と超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柚木清司
  • 学会等名: 物性研究所計算物質科学センター第4回シンポジウム・物性研スーパーコンピュータ共同利用報告会
  • 発表場所: 千葉、物性研究所
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity and metal-insulator transition in 5d iridium oxides (2014)
  • 著者名/発表者名: Seiji Yunoki
  • 学会等名: IUMRS-ICYRAM 2104
  • 発表場所: Haikou, China
  • 年月日: 2014-10-24 – 2014-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity and metal-insulator transition in Sr2IrO4 (2014)
  • 著者名/発表者名: Seiji Yunoki
  • 学会等名: 2014 EMN Summer Meeting
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-06-09 – 2014-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] Novel unconventional superconductivity in Jeff=1/2 Mott insulator for Ir oxides
  • 著者名/発表者名: 柚木 清司
  • 学会等名: First-QS2C Workshop on “Emergent Phenomena of Correlated Materials”
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] Large scale numerical simulations for strongly correlated quantum systems: density matrix renormalization group in two-dimensions
  • 著者名/発表者名: 柚木 清司
  • 学会等名: The 4-th AICS International Symposium
  • 発表場所: 神戸
  • 招待講演
• [学会発表] Anisotropic two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3(110) interface
  • 著者名/発表者名: 柚木 清司
  • 学会等名: Workshop on Oxide Electronics 20
  • 発表場所: シンガポール
  • 招待講演