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モット絶縁体へのキャリアドープは、スピンと電荷の自由度に起因した多彩な現象を生み出す。銅酸化物高温超伝導体のスピンと電荷のストライプ秩序はその一つである。本研究は、銅酸化物におけるスピン・電荷ストライプ秩序やその揺らぎが電子状態に及ぼす効果、その起源と超伝導現象との関連などストライに関する多面的な問題を計算物理学的手法を用いて理論的に解明することを目的としている。
スピン・電荷ストライプ秩序やその揺らぎが存在する場合、通常のスピン・電荷分布が均一な金属状態と比較して、特異なキャリア濃度依存性や温度依存性が様々な物理量に期待される。今年度はこれらの点を中心に据えて研究に取り組んだ。t-J模型に対して、強相関の効果を正確にとりこむために、有限系クラスターに対する数値的厳密対角化法を用いた。具体的な成果は、第一に、温度の変化に伴なうスピン・電荷ストライプの電子状態に対する効果を明らかにしたことである。温度上昇とともにストライプ秩序は壊れていくが、そのとき電荷ストライプとスピンドメインの間の相互作用が特異な温度変化を示すことを見出した。この特異な温度変化には、スピンと電荷の相互作用によって引き起こされる一次元的な電子状態から二次元的な電子状態へのクロスオーバーが関係している。第二の成果は、スピン・電荷ストライプに対する非磁性不純物の効果を明らかにしたことである。銅酸化物高温超伝導体に亜鉛のような非磁性不純物を注入すると、電荷ストライプをもつ状態が安定化することを見出した。キャリヤが非磁性不純物を避けつつ運動エネルギーの利得を得るため、ストライプ状の電荷分布を誘起することがこの安定化の原因である。
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