銅酸化物高温超伝導体における超伝導ギャップ関数の動的構造と擬ギャップ

• 研究課題/領域番号: 26800179
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 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: 酒井 志朗 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 (80506733)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 高温超伝導 / 銅酸化物 / 動的平均場理論 / 動的構造 / 自己エネルギー / 隠れたフェルミオン / 擬ギャップ / 周波数依存構造 / 銅酸化物高温超伝導体 / 冷却フェルミ原子気体 / フェルミオン的励起 / BCS-BECクロスオーバー / クラスター動的平均場理論 / 国際情報交換（フランス）

研究成果の概要

銅酸化物高温超伝導体の低エネルギー電子状態を表すと考えられている理論模型について、数値計算に基づいて高温超伝導機構を研究した。特に、電子相関効果を表現する自己エネルギーについて、これまであまり注目されてこなかった電子周波数に依存した構造の解明に主眼を置いて解析した。その結果、高温超伝導及びそれより高温側で見られる異常金属（擬ギャップ）的振る舞いが、電子相関効果によって生じた創発的なフェルミオン励起によって引き起こされていることを見出した。これは、従来のボソン媒介による高温超伝導機構とは一線を画し、また擬ギャップと超伝導の関係についても明確な数学的理解を与えた。

研究成果

• [国際共同研究] Universite Paris 7/Universite Paris-Sud/CEA Saclay(France)
• [国際共同研究] Ecole Polytechnique/Universite Paris-Sud(France)
• [国際共同研究] SISSA(Italy)
• [雑誌論文] Nonempirical Calculation of Superconducting Transition Temperatures in Light-Element Superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Arita, Takashi Koretsune, Shiro Sakai, Ryosuke Akashi, Yusuke Nomura, Wataru Sano
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 20 号: 25 ページ: 16024211-19
  • DOI: 10.1002/adma.201602421
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity on a Quasiperiodic Lattice: Extended-to-Localized Crossover of Cooper Pairs (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, N. Takemori, A. Koga, and R. Arita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 2 ページ: 0245091-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.024509
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 銅酸化物超伝導を「高温」にする隠れたフェルミオン (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗、今田正俊
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 52 ページ: 23-40
  • NAID: 40021104796
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-space renormalized dynamical mean field theory (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kubota, S. Sakai, and M. Imada
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 20 ページ: 2051191-11
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.205119
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unconventional High-Energy-State Contribution to the Cooper Pairing in the Underdoped Copper-Oxide Superconductor HgBa2Ca2Cu3O8+δ (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Loret, S. Sakai, Y. Gallais, M. Cazayous, M.-A. Measson, A. Forget, D. Colson, M. Civelli, and A. Sacuto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 号: 19 ページ: 1970011-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.197001
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hidden-Fermion Representation of Self-energy in Pseudogap and Superconducting States of Two-Dimensional Hubbard Model (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, M. Civelli, and M. Imada,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 11 ページ: 1151301-14
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.115130
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hidden Fermionic Excitation Boosting High-Temperature Superconductivity in Cuprates (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, M. Civelli, and M. Imada
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 116 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.057003
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exotic s-wave superconductivity in alkali-doped fullerides (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nomura, S. Sakai, M. Capone, and R. Arita
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 28 号: 15 ページ: 153001-153001
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/15/153001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nonlocal correlations induced by Hund’s coupling: A cluster DMFT study (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nomura, S. Sakai, and R. Arita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.235107
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ab initio downfolding study of the iron-based ladder superconductor BaFe2S3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Arita, Hiroaki Ikeda, Shiro Sakai, and Michi-To Suzuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 5 ページ: 054515-054515
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.054515
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unified understanding of superconductivity and Mott transition in alkali-doped fullerides from first principles (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nomura, Shiro Sakai, Massimo Capone, Ryotaro Arita
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 1 号: 7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1500568
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] `Hidden fermionic excitation in the superconductivity of the strongly attractive Hubbard model (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, M. Civelli, Y. Nomura, and M. Imada
  • 雑誌名: Physical Review B (Rapid Communications) 巻: 92 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.180503
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evidence for hidden fermion excitation that triggers high-temperature superconductivity in cuprates’ (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai, Marcello Civelli, and Masatoshi Imada
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1411 ページ: 4365-4365
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Hund's coupling on nonlocal correlations: a cluster DMFT study (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nomura, Shiro Sakai, and Ryotaro Arita
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1408 ページ: 4402-4402
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] ペンローズ格子上の超伝導の理論研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗、竹森那由多、古賀昌久、有田亮太郎
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] s波擬ギャップと隠れたフェルミオン (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] On the structure of self-energy pole connecting the Mott insulator and high-temperature superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: 動的平均場近似計算に関する情報交流会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2017-02-16
• [学会発表] Hidden fermion connecting Mott physics and high-temperature superconductivity (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2017-01-19
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity in a quasiperiodic system (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: CEMS-QPEC Topical Meeting on Superconductivity under Extreme Conditions
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2017-01-17
  • 国際学会
• [学会発表] 準周期系の超伝導の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 第6回 強相関電子系理論の最前線 - 若手によるオープン・イノベーション -
  • 発表場所: 勝浦観光ホテル（和歌山県那智勝浦町）
  • 年月日: 2016-12-20
• [学会発表] Hidden fermionic excitations in unconventional superconductors with tightly-bound Cooper pairs (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: Joint 13th Asia Pacific Physics Conference and 22nd Australian Institute of Physics Congress
  • 発表場所: Brisbane Convention and Exhibition Center
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity on a quasiperiodic lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: RIKEN-Tsinghua Joint Workshop on Emergent Matter Science
  • 発表場所: 清華大学（中華人民共和国 北京市）
  • 年月日: 2016-10-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体の隠れたフェルミオン励起 (2016)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会 「超伝導研究の最先端：多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-10-12
  • 招待講演
• [学会発表] モット絶縁体・高温超伝導・擬ギャップを生み出す 自己エネルギーの極の間の関係 (2016)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗、今田正俊
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Hidden fermionic excitations in strongly-correlated superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: International Symposium on New Horizons in Condensed Matter Physics
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
  • 年月日: 2016-06-16
  • 国際学会
• [学会発表] Hidden fermionic excitation as the origin of pseudogap and high-temperature superconductivity in cuprates (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai
  • 学会等名: International Conference on Low-Energy Electrodynamics in Solids (LEES2016)
  • 発表場所: ホテルラフォーレ琵琶湖(滋賀県守山市)
  • 年月日: 2016-06-01
  • 国際学会
• [学会発表] 動的平均場理論による銅酸化物超伝導体の擬ギャップ状態と超伝導状態の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] High-temperature superconductivity induced by emergent fermionic excitation (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: APW-CEMS joint Workshop
  • 発表場所: CEMS, RIKEN（埼玉県・和光市）
  • 年月日: 2016-01-25
  • 国際学会
• [学会発表] Hidden fermionic excitation in high-temperature superconductivity of cuprates (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai and Masatoshi Imada
  • 学会等名: International USMM & CMSI Workshop
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-01-05
  • 国際学会
• [学会発表] 斥力及び引力ハバード模型の擬ギャップと超伝導の類似点と相違点 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 第5回 強相関電子系理論の最前線 ‒ 若手によるオープン・イノベーション ‒
  • 発表場所: 勝浦観光ホテル（和歌山県・那智勝浦町）
  • 年月日: 2015-12-21
• [学会発表] Hidden fermionic excitation in pseudogap and superconducting states of 2D Hubbard model (2015)
  • 著者名/発表者名: Shiro Sakai
  • 学会等名: CEMS Topical Meeting on Emergent 2D Materials
  • 発表場所: CEMS, RIKEN（埼玉県・和光市）
  • 年月日: 2015-12-11
  • 国際学会
• [学会発表] 斥力・引力ハバード模型の強結合超伝導における隠れたフェルミオンの出現 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗、今田正俊
  • 学会等名: 第6回CMSI研究会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都・文京区）
  • 年月日: 2015-12-07
• [学会発表] 引力ハバード模型の強結合領域に存在する隠れたフェルミオン励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井 志朗、Marcello Civelli、野村 悠祐、今田 正俊
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] High-temperature superconductivity induced by a hidden fermionic excitation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, M. Civelli and M. Imada
  • 学会等名: The 11th International Conference on Materials & Mechanisms of Superconductivity (M2S)
  • 発表場所: CICG, Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グリーン関数の極と零点 ― クラスター動的平均場理論に基づく自己エネルギーの非摂動論的計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 第２回「共通基盤シミュレーション手法」連続研究会 第一原理多体摂動論ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学柏フューチャーセンター（千葉県・柏市）
  • 年月日: 2015-08-18
  • 招待講演
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体の動的電子構造の数値計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 第６０回物性若手夏の学校
  • 発表場所: ぎふ長良川ホテルパーク（岐阜県・岐阜市）
  • 年月日: 2015-07-27
  • 招待講演
• [学会発表] 引力ハバード模型の BEC領域に存在する隠れたフェルミオン励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会 「多自由度と相関効果が生み出す超伝導の新潮流 ～ BCS から BEC まで～」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-06-09
• [学会発表] ギャップ関数の動的構造が示唆する銅酸化物高温超伝導機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗、Marcello Civelli, 今田正俊
  • 学会等名: 日本物理学会2015年年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Cluster dynamical mean-field theory for real-frequency properties of cuprate high-Tc superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, M. Civelli, and M. Imada
  • 学会等名: International Workshop on New Frontier of Numerical Methods for Many-Body Correlations ― Methodologies and Algorithms for Fermion Many-Body Problems
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] 銅酸化物の高温超伝導機構 - 隠れたフェルミオンの存在の数値計算による実証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗、今田正俊
  • 学会等名: 物性研究所計算物質科学研究センター 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: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2014-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] 隠れたフェルミオンとの混成による高温超伝導機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 基研研究会「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
  • 年月日: 2014-10-21
• [学会発表] High-Tc superconductivity induced by a hidden fermion-type excitation (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, M. Civelli, and M. Imada
  • 学会等名: Trends in Theory of Correlated Materials
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 2014-10-08
  • 招待講演
• [学会発表] グリーン関数の極・零点構造から見たモット転移・擬ギャップ・高温超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 酒井志朗
  • 学会等名: 第５回神楽坂凝縮系理論勉強会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2014-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] Evidences of an s-wave structure of the pseudogap in high-Tc cuprate superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, S. Blanc, M. Civelli, Y. Gallais, M. Cazayous, M.-A. Measson, J. S. Wen, Z. J. Xu, G. D. Gu, G. Sangiovanni, Y. Motome, K. Held, A. Sacuto, A. Georges, and M. Imada
  • 学会等名: Low Energy Electrodynamics in Solids
  • 発表場所: Loire Valley, France
  • 年月日: 2014-06-30
• [学会発表] Exploring the dark side of high-Tc cuprates: s-wave symmetry of the pseudogap (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai
  • 学会等名: International Workshop of Computational Nano-Materials Design on Green Energy
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-06-01
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical and experimental indications of s-wave structure for the pseudogap in high-Tc cuprates (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai
  • 学会等名: 4th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2014-04-29
• [備考] 銅酸化物の超伝導はなぜ高温か？-計算シミュレーションにより常識とは異なる、隠れていた複合粒子を発見-
  • URL: http://www.t.u-tokyo.ac.jp/shared/press/data/setnws_20160202130755407182439514_276495.pdf
• [備考] 炭素のサッカーボールが集まるとなぜ高温超伝導体になるか
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150822_1