| 研究領域 | ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04603
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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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, 上級研究員 (80506733)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 準結晶 / 電子相関 / 異常金属 / ハイパーユニフォーミティ / 強相関電子系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
準結晶は周期的ではないものの秩序だった構造を持つ固体である。この構造上を互いに相互作用しながら動き回る電子系は、普通の周期結晶中の電子系とは異なる性質を示す可能性がある。そのような準結晶構造と電子相関効果が織りなす新しい物性を数値シミュレーションを用いて探求する。多くの準結晶が属していると思われる電子間相互作用が比較的弱い領域や、銅酸化物の周期結晶で高温超伝導が発見されたような強相関領域をそれぞれに適した方法で研究する。また、ハイパーユニフォーミティという新たな観点からの非一様電子状態の特徴付けや分類を行う。
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| 研究実績の概要 |
1) 準周期性と強い電子相関効果の協奏が生み出す新しい電子状態を探索する目的のもと、キャリアドープされたモット絶縁体を準結晶構造上で考え研究した。具体的には、ペンローズ格子上の斥力ハバード模型において、ハーフフィリング（格子点あたり電子が一個存在するような電子数）でモット絶縁体を生むような強い斥力を設定し、そこにキャリアドープした場合の電子状態を調べた。このような状況を取り扱える数値計算手法として、実空間動的平均場法と厳密対角化法を組み合わせた手法を開発・応用した。その結果、ハートリー・フォック近似などの弱相関理論では到達できない、電荷分布が定性的に異なる電子状態が存在することを見出した。
2) 準周期構造上の非一様ながら規則性のある電子密度の分布をハイパーユニフォーミティの枠組みで定量化し、電子状態の分類や新しい相の開拓を目指すという目的のもと、１次元で準周期ポテンシャルをもつ模型の電子密度分布をハイパーユニフォーミティの観点から解析した。その結果、電子の状態密度と電子密度の空間分布、ハイパーユニフォーミティクラスの間に非自明な関係を見出した。また、異なるハイパーユニフォーミティクラスに属する非一様電子密度分布間には相転移が存在することを見出した。つまり、並進対称性のない系においても、電子密度分布間の相転移が存在しうることを示した。さらに、密度分布のより詳細な特徴を抽出できるように、ハイパーユニフォーミティ秩序計量を拡張した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
準周期構造上の強い電子相関効果の研究については、今まで調べられてこなかったドープされたモット絶縁体領域について研究可能な方法を提示・実行し、そこに見出した電子状態が弱相関領域のものとは質的に異なる新しい状態であることを示すことができた。また、その結果を論文に出版することができたので順調に進展しているといえる。
ハイパーユニフォーミティの枠組みを用いた準周期電子状態の分類については、異なる非一様電荷分布間に相転移があることを発見したこと、また、ハイパーユニフォーミティ秩序計量を非一様密度分布のより詳細な特徴を捉えられるように拡張したことなど、当初の計画以上の成果が出ており、成果を論文にまとめ出版することもできた。
一方、弱相関金属状態の自己エネルギー解析は今後一層進める必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
ハイパーユニフォーミティの準周期電子状態への応用をさらに進める。特に、波動関数の振幅の空間分布のようにマルチフラクタリティをもつ場合と、電荷密度の空間分布のようにハイパーユニフォームな場合の違いを意識しながら、準周期構造上の非一様超伝導状態の解析を進める。
また、準周期構造上のハバード模型を考え、電子間相互作用が弱い場合にその効果を摂動論の範囲で取り扱い、自己エネルギーの周波数依存性を計算し解析を行う。また、比熱や帯磁率等の物理量の温度依存性を計算し、準結晶における実験結果との比較を行う。
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