バンド間相互作用がもたらすエキシトン凝縮と新たな超伝導の理論

• 研究課題/領域番号: 26800198
• 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: 早稲田大学 (2016-2017); 国立研究開発法人理化学研究所 (2014-2015)
• 研究代表者: 渡部 洋 早稲田大学, 高等研究所, 助教 (50571238)
• 連携研究者: 妹尾 仁嗣 理化学研究所, 古崎物性理論研究室, 専任研究員 (30415054) ; 関 和弘 SISSA, 博士研究員 (40708533) ; 柚木 清司 理化学研究所, 柚木計算物性物理研究室, 准主任研究員 (70532141)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: バンド間相互作用 / エキシトン凝縮 / 超伝導 / 分子性導体 / ダイマー内電荷自由度 / 変分モンテカルロ法 / フィリング制御モット転移 / 幾何学的フラストレーション / 分子性結晶 / 電荷秩序 / 電子・フォノン相互作用 / 電荷密度波 / BCS-BECクロスオーバー / 長距離クーロン相互作用 / 電子・ホール変換

研究成果の概要

本研究では、バンド間相互作用と電子格子相互作用によってもたらされるエキシトン凝縮に関して理想的なモデルと現実の物質に即したモデルに対する解析を行い、発現機構や詳細な性質を明らかにした。また、独自の電子・ホール変換を導入することで変分モンテカルロ法における計算コストを大幅に減らし、大規模な計算を可能にした。
また、ダイマー内電荷自由度と長距離クーロン相互作用を導入したモデルを解析し、分子性導体κ-(BEDT-TTF)2Xにおける相競合と超伝導の発現機構を明らかにした。超伝導に関しては銅酸化物高温超伝導体に倣った従来の理論を越え、幾何学的フラストレーション系ならではの新奇な超伝導対称性を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Phase competition and superconductivity in kappa-(BEDT-TTF)2X: Importance of intermolecular Coulomb interactions (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, H. Seo, S. Yunoki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 3 ページ: 033703-033703
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.033703
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Random phase approximation for superconducting states in multi-orbital Hubbard models with spin-orbit coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nishighchi, T. Shirakawa, H. Watanabe, and S. Yunoki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 807 ページ: 052013-052013
  • DOI: 10.1088/1742-6596/807/5/052013
  • 査読あり / 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] Charge-density wave induced by combined electron-electron and electron-phonon interactions in 1T-TiSe2: A variational Monte Carlo study (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe, Kazuhiro Seki, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.205135
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A variational Monte Carlo study of exciton condensation (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe, Kazuhiro Seki, and Seiji Yunoki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 592 ページ: 012097-012097
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012097
  • 査読あり
• [学会発表] 分子性導体κ-(ET)_{2}Xにおける電子・ホールドープ非対称性と超伝導の理論 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 有機固体若手の会2018
• [学会発表] キャリアドープした分子性導体系κ-(ET)_{2}Xにおける電子・ホール非対称性の理論的研究II (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Unconventional Superconductivity and dimer-Mott insulator in 3/4-filled molecular conductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] キャリアドープした分子性導体系κ-(ET)_{2}Xにおける電子・ホール非対称性の理論的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Importance of Intradimer Charge Degrees of Freedom in κ-(BEDT-TTF)_{2}X: Dimer-Mott insulator, Superconductivity, and Charge Order (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets
  • 国際学会
• [学会発表] 分子性導体κ-(ET)_{2}Xにおける相競合と超伝導発現機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 第11回物性科学領域横断研究会
• [学会発表] 分子性導体κ-(ET)_{2}Xにおけるバンド幅・フィリング制御モット転移と超伝導：ダイマー内電荷自由度の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ
• [学会発表] κ-(ET)2Xにおける超伝導・磁性・電荷秩序の理論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 有機固体若手の学校
  • 発表場所: ホテルあかね（神奈川県足柄下郡湯河原町）
• [学会発表] κ-H3/D3(Cat-EDT-TTF)2における電子相関・格子歪み・プロトン振動の協力と競合 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: ISSPワークショップ「分子性物質におけるπ電子－水素相関機能物性」
  • 発表場所: 物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] κ型分子性導体におけるダイマー内電荷自由度と磁性および超伝導の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 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
• [学会発表] Charge-density wave and exciton condensation in 1T-TiSe2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: Asia-Pacific Workshop (APW)-CEMS Joint Workshop, "Highlights of modern condensed matter physics"
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2016-01-25
  • 国際学会
• [学会発表] Unconventional Superconductivity in Molecular Conductors: Importance of Intradimer Charge Degrees of Freedom (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Zhejiang University, China
  • 国際学会
• [学会発表] κ-(BEDT-TTF)2Xの磁性と超伝導の解析：ダイマー近似を超えて (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 物性研短期研究会「パイ電子系物性科学の最前線」
  • 発表場所: 物性研究所（千葉県柏市）
• [学会発表] 変分モンテカルロ法によるκ-(ET)2Xの基底状態相図：金属絶縁体転移と超伝導 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
• [学会発表] 分子性導体系κ-(BEDT-TTF)2Xにおける相競合と超伝導：サイト間クーロン相互作用の重要性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 基研研究会「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）
• [学会発表] 分子性導体κ-(ET)2Xにおける相競合と超伝導 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 第６回強相関電子系理論の最前線
  • 発表場所: 勝浦観光ホテル（和歌山県東牟婁郡那智勝浦町）
  • 招待講演
• [学会発表] κ型分子性導体におけるダイマー自由度とプロトン振動の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 第5回強相関電子系理論の最前線
  • 発表場所: 勝浦観光ホテル（和歌山県東牟婁郡那智勝浦町）
  • 年月日: 2015-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] 1T-TiSe2におけるCDWとエキシトン凝縮の理論的研究：クーロン相互作用と電子格子相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 物性研短期研究会「低次元電子系におけるエキシトニック相の新展開」
  • 発表場所: 物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] Theory for charge-density wave and exciton condensation in transition metal dichalcogenides (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: 3rd CEMS Topical Research Camp on ’Nano-Interface Sciences’
  • 発表場所: ホテル鬼怒川御苑（栃木県日光市）
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] κ-D3(Cat-EDT-TTF)2におけるダイマーモット・電荷秩序転移の理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Charge-density wave and exciton condensation induced by Coulomb interaction and electron-phonon interaction in 1T-TiSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] 半金属におけるエキシトン凝縮とBCS-BECクロスオーバー (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 基研研究会「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] クーロン相互作用と電子格子相互作用の協力によるエキシトン凝縮とCDW (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、日本
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] クーロン相互作用と電子-フォノン相互作用の協力によるエキシトン凝縮とCDW (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 第4回強相関電子系理論の最前線
  • 発表場所: 勝浦、日本
  • 年月日: 2014-12-19 – 2014-12-21
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical study of exciton condensation and competing phases (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: 2nd CEMS Topical Research Camp on `spin'
  • 発表場所: みなかみ、日本
  • 年月日: 2014-10-09 – 2014-10-10
• [学会発表] エキシトニック絶縁体におけるBCS-BECクロスオーバーとキャリアドーピングの効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡部 洋
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、日本
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] A variational Monte Carlo study of exciton condensation and superconductivity in semimetal and semiconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Watanabe
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11